藍(lán)寶石長(zhǎng)晶缺陷ppt課件.ppt

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1、藍(lán)寶石藍(lán)寶石長(zhǎng)晶缺陷概論單晶材料的生長(zhǎng)工藝目前單晶材料的生長(zhǎng)工藝主要方法分為下列幾項(xiàng)。A)氣相生長(zhǎng)法B)水溶液生長(zhǎng)法C)水熱生長(zhǎng)法D)熔鹽生長(zhǎng)法E)熔體生長(zhǎng)法藍(lán)寶石單晶的生長(zhǎng)工藝主要以熔體生長(zhǎng)法為主為何選擇用熔體生長(zhǎng)法熔體生長(zhǎng)法的目的是為了得到高質(zhì)量的單晶體。當(dāng)結(jié)晶物質(zhì)的溫度高于熔點(diǎn)時(shí)，它就熔化為熔體，當(dāng)熔體的溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)，熔體就轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶固體。為此，首先要在熔體中形成一個(gè)單晶核(引入籽晶），然后，在晶核與熔體的交界面上不斷進(jìn)行原子或分子的重新排列而形成單晶體，只有當(dāng)晶核附近熔體的溫度低于凝固點(diǎn)時(shí)，晶核才能繼續(xù)發(fā)展?？刂茊尉?/p>

2、成核，然后在籽晶與熔體相界面上進(jìn)行相變，使其逐漸長(zhǎng)大。為了促進(jìn)晶體不斷長(zhǎng)大，在相界面處的熔體必須過(guò)冷，而熔體的其余部分則必須處于過(guò)熱狀態(tài)，使其不能自發(fā)結(jié)晶。從熔體中生長(zhǎng)單晶體的最大優(yōu)點(diǎn)在于：熔體生長(zhǎng)速率大大快于溶液生長(zhǎng)。標(biāo)準(zhǔn)的熔體生長(zhǎng)速度范圍從1mm／hr至若干mm／min，而溶液生長(zhǎng)速度范圍則從1μm／hr至幾個(gè)mm／day，兩者數(shù)量的差別從10~1000倍。為何有晶體缺陷熱力學(xué)第三定定律的闡述了一個(gè)物理學(xué)最基本的原理“在熱力學(xué)溫度零度（即T=0K）時(shí)，一切完美晶體的熵值等于零?！彼^“完美晶體”是指沒有任何缺陷的規(guī)則晶體。從

3、科學(xué)的角度講絕對(duì)零度不可能達(dá)到，所以不存在沒有任何缺陷的晶體。絕對(duì)完美的晶體是天國(guó)的專利，可望而不可及。晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型點(diǎn)缺陷(零維缺陷)－由于各種原因使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)有規(guī)則的周期性排列遭到破壞，引起質(zhì)點(diǎn)間勢(shì)場(chǎng)畸變，產(chǎn)生晶體結(jié)構(gòu)不完整性，但其尺度僅僅局限在1個(gè)或若干個(gè)原子級(jí)大小的范圍內(nèi)，這種缺陷就稱為點(diǎn)缺陷。主要構(gòu)形是空位、填隙原子、雜質(zhì)原子等。線缺陷(一維缺陷)－如果晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性在某一方向上達(dá)到一定的尺度范圍遭到破壞，就稱為線缺陷，線缺陷以位錯(cuò)（dislocation）為代表。面缺陷(二維缺陷)－如果晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排

4、列的規(guī)律性在二維方向上一定的尺度范圍內(nèi)遭到破壞，就稱為面缺陷，有晶體表面、晶界、相界、堆垛層錯(cuò)等若干種，面缺陷以晶粒間界、孿晶界為代表。點(diǎn)缺陷分類根據(jù)其對(duì)理想晶格偏離的幾何位置及成分可劃分如下A)間隙原子B)空位C)雜質(zhì)原子根據(jù)產(chǎn)生缺陷的原因可劃分如下A)熱缺陷B)雜質(zhì)缺陷C)非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷間隙原子原子或離子進(jìn)入晶體中正常結(jié)點(diǎn)之間的間隙位置，成為間隙原子（或離子）或填隙原子（或離子）。從成分上看，填隙質(zhì)點(diǎn)可以是晶體自身的質(zhì)點(diǎn)，也可以是外來(lái)雜質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)?？瘴徽＝Y(jié)點(diǎn)沒有被原子或離子所占據(jù)，成為空結(jié)點(diǎn)，稱為空位或空穴。雜質(zhì)原子外來(lái)

5、原子進(jìn)入晶格，就成為晶體中的雜質(zhì)。雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入晶體中就會(huì)生成雜質(zhì)缺陷，從位置上看，它可以進(jìn)入結(jié)點(diǎn)位置，也可以進(jìn)入間隙位置。溶解了雜質(zhì)原子的晶體稱為固體溶液（簡(jiǎn)稱固溶體）熱缺陷當(dāng)晶體的溫度高于0K時(shí)，由于晶格上質(zhì)點(diǎn)熱振動(dòng)，使一部分能量較高的質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置而造成缺陷。熱缺陷有兩種形式：弗侖克爾缺陷（Frenkel）肖特基缺陷（Schottky）弗侖克爾缺陷：在晶格熱振動(dòng)時(shí)，一些能量較大的質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置后，進(jìn)入到間隙位置，形成間隙質(zhì)點(diǎn)，而在原來(lái)位置上形成空位。間隙質(zhì)點(diǎn)與空位總是成對(duì)出現(xiàn)影響因素：與晶體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系晶體中間隙越小越

6、不易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷，結(jié)構(gòu)中存在很大間隙位置，相對(duì)而言比較容易生成肖特基缺陷：正常格點(diǎn)上的質(zhì)點(diǎn)，在熱起伏過(guò)程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面，而在晶體內(nèi)部正常格點(diǎn)上留下空位。肖特基缺陷的生成需要一個(gè)像晶界、位錯(cuò)或者表面之類的晶格排列混亂的區(qū)域；正離子空位和負(fù)離子空位按照分子式同時(shí)成對(duì)產(chǎn)生，伴隨晶體體積增加。雜質(zhì)缺陷由于外來(lái)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入晶體而產(chǎn)生的缺陷。雖然雜質(zhì)摻雜量一般較?。▇0.1%），進(jìn)入晶體后無(wú)論位于何處，均因雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)和原有的質(zhì)點(diǎn)性質(zhì)不同，不僅破壞了質(zhì)點(diǎn)有規(guī)則的排列，而且在雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)周圍的周期勢(shì)場(chǎng)引起改變，因此形成一種缺陷

7、。晶體中雜質(zhì)含量在未超過(guò)其固溶度時(shí)，雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無(wú)關(guān)，這與熱缺陷是不同的。非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷化合物分子式一般具有固定的正負(fù)離子比，其比值不會(huì)隨著外界條件而變化，此類化合物稱為化學(xué)計(jì)量化合物一些化合物的化學(xué)組成會(huì)明顯地隨著周圍氣氛性質(zhì)和壓力大小的變化而發(fā)生組成偏離化學(xué)計(jì)量的現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的晶體缺陷稱為非化學(xué)計(jì)量缺陷線缺陷--位錯(cuò)位錯(cuò)（Dislocation）是原子的一種特殊組態(tài)，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的晶格缺陷，也稱為線缺陷。實(shí)際晶體在結(jié)晶時(shí)受到外界環(huán)境或應(yīng)力的影響，使晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列變形、原子行列間相互滑移，不再符合理想晶格

8、的有秩序的排列而形成線狀的缺陷，稱為位錯(cuò)。位錯(cuò)概念的提出用于解釋晶體的塑性變形。位錯(cuò)的基本類型和特征位錯(cuò)基本類型可分三種A)刃型位錯(cuò)B)螺旋位錯(cuò)C)混合型位錯(cuò)刃型位錯(cuò)設(shè)有一簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的晶體，在切應(yīng)力的作用下發(fā)生局部滑移，發(fā)生局部滑移后晶體內(nèi)在垂直方向出現(xiàn)了一個(gè)