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《晶格中的缺陷和擴散.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)合晶格振動晶體缺陷金屬自由電子論固體能帶論針對晶態(tài)物質(zhì)的傳統(tǒng)固體物理內(nèi)容晶體缺陷對固體的一些重要性質(zhì)往往起著決定性的作用，但是“晶體缺陷”在傳統(tǒng)固體物理內(nèi)容中占據(jù)相對獨立的位置。其他????第三篇只有在熱平衡條件下晶體中才具有穩(wěn)定的或可確定的熱缺陷數(shù)目，才有可能和必要對其數(shù)目進行統(tǒng)計計算。3.1定義和分類：所有與晶體結(jié)構(gòu)嚴格三維周期排列的偏離都可以被認為是晶體缺陷或不完整性，實際晶體都是有缺陷的不完整晶體。按照尺度、維度可以將晶體缺陷劃分為：點缺陷（零維）：空位；間隙原子；雜質(zhì)；錯位……線缺陷（一維）：刃型位錯，螺旋位錯面缺陷（二維）：小角晶界，堆垛層錯體缺陷（三維）：多晶
2、晶粒間界，空洞，包藏物，異相物等缺陷的來源：晶體在生成過程中或在合金化過程中攜帶的或有意摻入的雜質(zhì)或生成的缺陷；晶體在加工和使用過程中產(chǎn)生的缺陷（主要指位錯）；受電子束離子束強輻照后產(chǎn)生的缺陷；原子自身熱運動所產(chǎn)生的缺陷，后者即使在沒有雜質(zhì)的理想配比的晶體中也是存在的，所以又稱本征缺陷。注意：除了上述缺陷外，還有許多元激發(fā)，如反映晶格振動的聲子等，有人也把它們歸入晶格不完整性范疇，不過這里我們只限于討論上述（靜止）缺陷問題。關(guān)于各種元激發(fā)的討論將分散在各章中進行。研究缺陷的意義：按嚴格周期性模型給出的理論結(jié)果和實際晶體的測量結(jié)果之間總會存在一些差別，對實際晶體中存在的缺陷分析將幫助我們解
3、釋產(chǎn)生這些差異的原因。另一方面，晶體中的缺陷對許多重要的晶體性質(zhì)可能會起著支配作用，有時侯基質(zhì)晶體反而僅僅只需要作為缺陷的載體看待即可，研究缺陷的性質(zhì)和運動才是解釋這些性質(zhì)的關(guān)鍵。比如：半導(dǎo)體的導(dǎo)電率；許多晶體的顏色和光學性質(zhì)；晶體中的原子擴散，力學性質(zhì)和范性形變等。特別是金屬和合金的強度和范性形變理論就是建立在對位錯了解的基礎(chǔ)上，它已是固體研究的一個獨立學科了。理論意義實際意義晶格缺陷的主要類型一、點缺陷定域在格點附近一個或幾個晶格常數(shù)范圍內(nèi)偏離晶格周期性的結(jié)構(gòu)稱為點缺陷，如空位、間隙原子、雜質(zhì)原子等，點缺陷也能集合在一起形成缺陷的復(fù)合體。1.空位（Schottky缺陷）原子脫離正常格
4、點位置移動到晶體表面的正常格點位置，從而在原格點位置留下一個空格點，這種點缺陷稱為空位。在一定的溫度下，晶體內(nèi)部的空位和表面上的原子處于平衡。2.Frenkel缺陷原子脫離正常格點位置進入了間隙位置，形成一個空位和一個間隙原子。我們將這種空位－間隙原子對稱為Frenkel缺陷。在Frenkel缺陷中，空位與間隙原子總是成對出現(xiàn)的。在一定溫度下，缺陷的產(chǎn)生和復(fù)合的過程相平衡。形成Frenkel缺陷時，原子從正常格點跳到格點與格點間的間隙位置，其周圍原子必然受到相當大的擠壓。因此，從直觀看，形成一個Frenkel缺陷要比形成一個空位所需的能量大些，因而也更難些。Frenkel缺陷和Schot
5、tky缺陷都是由于晶格振動（熱運動）而產(chǎn)生的稱為熱缺陷，且為本征缺陷（固有原子缺陷）。雜質(zhì)缺陷本征缺陷（熱缺陷）：空位式缺陷，又稱肖特基（Schottky）缺陷填隙式缺陷，又稱弗侖克爾（Frenkel）缺陷外來缺陷：替位式原子（如同位素原子、雜質(zhì)和摻雜原子等)間隙式原子（如雜質(zhì)和摻雜原子）無序缺陷：換位式缺陷（不同原子的偶爾換位）3.間隙原子如果一個原子從正常表面位置擠進完整晶格中的間隙位置，則稱為間隙原子。在一定的溫度下，這些填隙原子和晶體表面上的原子處于平衡狀態(tài)。當外來的雜質(zhì)原子比晶體本身的原子為小時，這些比較小的外來原子很可能存在于間隙位置。4.有序合金中的錯位有序合金中格點上原子
6、的排列發(fā)生錯位。ABABBABAAABBBBAAAABB5.雜質(zhì)原子（雜質(zhì)缺陷）當晶體中的雜質(zhì)以原子狀態(tài)在晶體中形成點缺陷時，稱為雜質(zhì)原子。如果雜質(zhì)原子取代了晶體中原子所占的格點位置，稱之為替位式雜質(zhì)原子；若雜質(zhì)原子進入晶格中的間隙位置，稱為填隙式雜質(zhì)原子。K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－Ca2＋離子晶體中的點缺陷是帶電中心，若高價雜質(zhì)離子取代了低價離子進入晶格后，由于要保持電中性，它可取代不止一個離子，形成缺位式雜質(zhì)。在偏離理想狀態(tài)的固體點缺陷中，除了熱運動引起的本征點
7、缺陷之外，其余都為雜質(zhì)點缺陷。6.缺陷團不同的點缺陷之間存在復(fù)雜的相互作用。例如，單個空位傾向于互相吸引；間隙原子吸引空位，產(chǎn)生復(fù)合現(xiàn)象；空位和間隙原子還能與不同類型的雜質(zhì)相互作用，可以相斥或者相吸。如有足夠數(shù)量的缺陷，這類相互作用將導(dǎo)致缺陷聚集形成缺陷團。－＋－＋－＋－＋＋－－＋－＋－＋＋－＋－－＋－＋－＋鹵化堿晶體中的離子空位和空位復(fù)合體7.色心在離子晶體中，還有一種特殊的點缺陷——色心。由于離子晶體中的點缺陷是帶有效電荷的帶電
