晶體_pptpptx

1、 在實際晶體中，由于原子（或離子、分子）的在實際晶體中，由于原子（或離子、分子）的 熱運動，以及晶體的形成條件、冷熱加工過程和其熱運動，以及晶體的形成條件、冷熱加工過程和其 它輻射、雜質(zhì)等因素的影響，實際晶體中原子的排它輻射、雜質(zhì)等因素的影響，實際晶體中原子的排 列不可能那樣規(guī)則、完整，常存在各列不可能那樣規(guī)則、完整，常存在各 種偏離理想種偏離理想 結(jié)構(gòu)的情況，即晶體缺陷。結(jié)構(gòu)的情況，即晶體缺陷。適量的某些點缺陷的存適量的某些點缺陷的存 在可以大大增強半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性和發(fā)光材料的在可以大大增強半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性和發(fā)光材料的 發(fā)光性，起到有益的作用發(fā)光性，起到有益的作用;而位錯缺陷的存在，會而

2、位錯缺陷的存在，會 使材料易于斷裂，比近于沒有晶格缺陷的晶體的抗使材料易于斷裂，比近于沒有晶格缺陷的晶體的抗 拉強度，降低至幾十分之一。拉強度，降低至幾十分之一。因此，研究晶體缺陷因此，研究晶體缺陷 具有重要的理論與實際意義。具有重要的理論與實際意義。 Schottky Schottky 缺陷（肖特基缺陷）缺陷（肖特基缺陷） Frenkel Frenkel 缺陷（缺陷（弗侖克爾弗侖克爾缺陷）缺陷） 有序合金中的錯位有序合金中的錯位 化學缺陷化學缺陷 置換式置換式 填隙式填隙式 本征缺本征缺 陷陷 1.1 1.1 弗侖克爾缺陷（弗侖克爾缺陷（Frenkel defectFrenkel defec

3、t） 金屬和離子晶體中都會由于熱運動的能量漲 落，使原子或離子脫離格點進入晶體中的間隙位 置，從而同時出現(xiàn)空位和填隙原子（離子）。這 種成對的空位和填隙原子稱為弗侖克爾缺陷弗侖克爾缺陷。 在離子晶體中，正、負離子都可以各自形 成“空穴填隙離子對”（弗侖克爾缺陷）。 Frenkel 缺陷（空位缺陷（空位-間隙缺陷）間隙缺陷） 1.2 肖特基缺陷（Schottky defect）。 在一定溫度，晶體中原子由于熱漲落獲得足夠能量， 離開格點位置，遷移至晶體表面，于是在晶體中出現(xiàn)不被 原子占據(jù)的空格點，稱為空位空位，也稱肖特基缺陷肖特基缺陷。 肖特基缺陷是最表面的原子位移到一個新的位置， 晶體內(nèi)不伴隨

4、填隙原子產(chǎn)生。因此產(chǎn)生肖特基缺陷時， 伴隨表面原子的增多，晶體的質(zhì)量密度會有所減小。 注意 形成填隙原子時，原子擠入間隙位置所需要的能量 比產(chǎn)生肖特基空位所需能量大，因此當溫度不太高時， 肖特基缺陷的數(shù)目要比弗侖克爾缺陷的數(shù)目大得多。 Schottky 缺陷（空位缺陷）缺陷（空位缺陷） 有序合金中的錯位有序合金中的錯位 化學缺陷化學缺陷 置換式置換式 填隙式填隙式 正離子正離子 負離子負離子 離子晶體中的點缺陷離子晶體中的點缺陷 1-大的置換原子 4-復(fù)合空位 2-肖脫基空位 5-弗蘭克爾空位 3-異類間隙原子 6-小的置換原子 2.2.2 2.2.2 線缺陷（位錯）線缺陷（位錯） 位錯是晶體

5、中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線，位錯線并不是位錯是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線，位錯線并不是 幾何學所定義的線，從微觀看來，它是有一定寬度的管道。幾何學所定義的線，從微觀看來，它是有一定寬度的管道。 人們是從研究晶體的塑性變形中才認識到晶體中存在著位人們是從研究晶體的塑性變形中才認識到晶體中存在著位 錯。位錯對晶體的強度與斷裂等力學性能起著決定性的作用。錯。位錯對晶體的強度與斷裂等力學性能起著決定性的作用。 同時，位錯對晶體的擴散與相變等過程也有一定的影響。同時，位錯對晶體的擴散與相變等過程也有一定的影響。 1. 1. 位錯的類型位錯的類型 位錯位錯 刃位錯刃位錯 螺位錯螺位錯 當晶體內(nèi)沿著某一

6、條線附近的原子排列發(fā)生畸變，破壞了當晶體內(nèi)沿著某一條線附近的原子排列發(fā)生畸變，破壞了 晶格周期性時就形成了晶格周期性時就形成了線缺陷線缺陷。線缺陷就是。線缺陷就是“位錯位錯”。 晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯線）晶體中已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線（即位錯線） 若垂直于若垂直于滑移方向滑移方向，則會存在一多余半排原子面，則會存在一多余半排原子面， 它象一把刀刃插入晶體中，使此處上下兩部分晶體它象一把刀刃插入晶體中，使此處上下兩部分晶體 產(chǎn)生原子錯排，這種晶體缺陷稱為刃位錯。多余半產(chǎn)生原子錯排，這種晶體缺陷稱為刃位錯。多余半 排原子面在滑移面上方的稱正刃型位錯，記為排原子面在滑移面上方的稱

7、正刃型位錯，記為“”； 相反，半排原子面在滑移面下方的稱負刃型位錯，相反，半排原子面在滑移面下方的稱負刃型位錯， 記為記為“” 刃位錯（刃位錯（edge dislocation）：）： 刃位錯刃位錯 刃位錯的運動刃位錯的運動 （a a）正攀移）正攀移 （半原子面縮短）（半原子面縮短） (b)(b)未攀移未攀移 （c c）負攀移）負攀移 （半原子面伸長）（半原子面伸長） 位錯攀移在低溫下是難以進行的，只有在高溫下才可能發(fā)生。位錯攀移在低溫下是難以進行的，只有在高溫下才可能發(fā)生。 B C 下圖下圖 螺位錯（螺位錯（screw dislocationscrew dislocation） 假定在一塊簡

8、單立方晶體中，沿某一晶面切一刀至假定在一塊簡單立方晶體中，沿某一晶面切一刀至BCBC處，處， 然后在晶體的右側(cè)上部施加一切應(yīng)力，然后在晶體的右側(cè)上部施加一切應(yīng)力， 使右端上下兩部分晶體相對滑移一個原子間距，由于使右端上下兩部分晶體相對滑移一個原子間距，由于BCBC線左邊晶體未線左邊晶體未 發(fā)生滑移，于是出現(xiàn)了已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界發(fā)生滑移，于是出現(xiàn)了已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界BC.BC.從俯視角度看，從俯視角度看， 在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯動，晶體點陣畸變最嚴重的區(qū)域內(nèi)的在滑移區(qū)上下兩層原子發(fā)生了錯動，晶體點陣畸變最嚴重的區(qū)域內(nèi)的 兩層原子平面變成螺旋面。畸變區(qū)的尺寸與長度相比小得多，在這

9、畸兩層原子平面變成螺旋面?；儏^(qū)的尺寸與長度相比小得多，在這畸 變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線變區(qū)范圍內(nèi)稱為螺型位錯，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交線BCBC稱之為螺型稱之為螺型 位錯線。位錯線。 螺位錯的運動螺位錯的運動 螺位錯與刃位錯的主要區(qū)別：螺位錯與刃位錯的主要區(qū)別： 螺型位錯線與晶體滑移方向平行，且位錯線的移動方向與螺型位錯線與晶體滑移方向平行，且位錯線的移動方向與 晶體滑移方向互相垂直。晶體滑移方向互相垂直。 純螺型位錯的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯線純螺型位錯的滑移面不是唯一的。凡是包含螺型位錯線 的平面都可以作為它的滑移面。但實際上，滑移通常是的平面都可以作為它

10、的滑移面。但實際上，滑移通常是 在那些原子在那些原子密排面密排面上進行。上進行。 刃型位錯線與晶體滑移方向垂直，位錯線的移動方向與刃型位錯線與晶體滑移方向垂直，位錯線的移動方向與 晶體滑移方向互相平行。晶體滑移方向互相平行。 刃型位錯滑移面只有一個。刃型位錯滑移面只有一個。 混合位錯混合位錯 混合位錯的滑移混合位錯的滑移 2.2.3 2.2.3 面缺陷面缺陷 面缺陷面缺陷是發(fā)生在晶格二維平面上的缺陷，其特征是發(fā)生在晶格二維平面上的缺陷，其特征 是在一個方向上的尺寸很小，而另兩個方向上的是在一個方向上的尺寸很小，而另兩個方向上的 尺寸很大，也可稱二維缺陷。尺寸很大，也可稱二維缺陷。 面缺陷面缺陷

11、 晶界晶界 亞晶界亞晶界 孿晶界孿晶界 相界相界 堆垛層錯堆垛層錯 1. 面缺陷的分類面缺陷的分類 材料的表面是最顯而易見的面缺材料的表面是最顯而易見的面缺 陷。在垂直于表面方向上，平移陷。在垂直于表面方向上，平移 對稱性被破壞了。由于材料是通對稱性被破壞了。由于材料是通 過表面與環(huán)境及它其材料發(fā)生相過表面與環(huán)境及它其材料發(fā)生相 互作用，所以表面的存在對材料互作用，所以表面的存在對材料 的物理化學性能有重要的影響。的物理化學性能有重要的影響。 常見的氧化、腐蝕、磨損等自然常見的氧化、腐蝕、磨損等自然 現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。 晶界是不同取向的晶粒之間的界面，由于晶界原子需晶

12、界是不同取向的晶粒之間的界面，由于晶界原子需 要同時適應(yīng)相鄰兩個晶粒的位向，就必須從一種晶粒要同時適應(yīng)相鄰兩個晶粒的位向，就必須從一種晶粒 位向逐步過渡到另一種晶粒位向，成為不同晶粒之間位向逐步過渡到另一種晶粒位向，成為不同晶粒之間 的過渡層，因而晶界上的原子多處于無規(guī)則狀態(tài)或兩的過渡層，因而晶界上的原子多處于無規(guī)則狀態(tài)或兩 種晶粒位向的折衷位置上。種晶粒位向的折衷位置上。 晶界晶界( ( grain boundaries ) ) 多多 晶晶 體體 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 示示 意意 圖圖 鋼中的晶粒（其中黑線為晶界）鋼中的晶粒（其中黑線為晶界） 圖圖2-50 純鐵的微觀結(jié)構(gòu)照片純鐵的微觀結(jié)構(gòu)照片 亞晶界

13、（亞晶界（sub-boundaries） 晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而晶粒內(nèi)部也不是理想晶體，而 是由位向差很小的稱為嵌鑲塊是由位向差很小的稱為嵌鑲塊 的小塊所組成，稱為亞晶粒。的小塊所組成，稱為亞晶粒。 亞晶粒的交界稱為亞晶界。亞晶粒的交界稱為亞晶界。 晶粒之間位向差較大，亞晶粒晶粒之間位向差較大，亞晶粒 之間位向差較小。大于之間位向差較小。大于1010 1515的晶界稱為大角度晶界。的晶界稱為大角度晶界。 各晶粒之間的界面屬于大角度各晶粒之間的界面屬于大角度 晶界。亞晶界是小角度晶界，晶界。亞晶界是小角度晶界， 位向差小于位向差小于1 ，其結(jié)構(gòu)可以 ，其結(jié)構(gòu)可以 看成是位錯的規(guī)則排列?？闯墒?/p>

14、位錯的規(guī)則排列。 小角傾側(cè)晶界（由一列刃型位錯構(gòu)成）小角傾側(cè)晶界（由一列刃型位錯構(gòu)成） 孿晶是指兩個晶體孿晶是指兩個晶體( (或一個晶體的兩部分或一個晶體的兩部分) )沿一個沿一個 公共晶面構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系，這兩個晶體公共晶面構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系，這兩個晶體 就稱為就稱為“孿晶孿晶(twin)(twin)”，此公共晶面就稱孿晶面，此公共晶面就稱孿晶面 。 孿晶界孿晶界( ( twin boundaries ) ) 共格孿晶界共格孿晶界 半共格孿晶界半共格孿晶界 界面共有原子界面共有原子 共格孿晶界就是在孿晶面上的原子同時位于兩個晶體點陣的共格孿晶界就是在孿晶面上的原子同時位于兩個晶體點

15、陣的 結(jié)點上，為兩個晶體所共有，屬于自然地完全匹配是無畸變結(jié)點上，為兩個晶體所共有，屬于自然地完全匹配是無畸變 的完全共格晶面，它的界面能很低，約為普通晶界界面能的的完全共格晶面，它的界面能很低，約為普通晶界界面能的 1 11010，很穩(wěn)定，在顯微鏡下呈直線，這種孿晶界較為常見，很穩(wěn)定，在顯微鏡下呈直線，這種孿晶界較為常見 半共格界面半共格界面 若兩相的點陣常數(shù)差別較大若兩相的點陣常數(shù)差別較大, ,界面就難于保持完全的共格界面就難于保持完全的共格. .即界即界 面兩側(cè)的晶面不能一一對應(yīng)面兩側(cè)的晶面不能一一對應(yīng), ,于是界面上便形成了一組刃型位于是界面上便形成了一組刃型位 錯來彌補原子間距的差別

16、錯來彌補原子間距的差別, ,這樣可以使界面的彈性應(yīng)變能降低這樣可以使界面的彈性應(yīng)變能降低. . 并使共格性得以盡量維持。由于這種界面是由共格區(qū)和非共格并使共格性得以盡量維持。由于這種界面是由共格區(qū)和非共格 區(qū)相間組成的區(qū)相間組成的, ,因此稱因此稱半共格界面或部分共格界面半共格界面或部分共格界面。 這種孿晶界的能量相對較高，約為普通晶界的這種孿晶界的能量相對較高，約為普通晶界的1 12 2。 孿晶界孿晶界 相界相界(phase boundaries) 具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為具有不同結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為“相界相界 (phase boundary)(phase boundary)

17、”。按結(jié)構(gòu)特點，相界面可分為。按結(jié)構(gòu)特點，相界面可分為 共格相界共格相界、半共格相界半共格相界和和非共格相界非共格相界三種類型。三種類型。 共格相界共格相界(coherent phase boundary)(coherent phase boundary) 所謂所謂“共格共格”是指界面上的原子同時位于兩相晶格的結(jié)點上，是指界面上的原子同時位于兩相晶格的結(jié)點上， 即兩相的晶格是彼此銜接的，界面上的原子為兩者共有。即兩相的晶格是彼此銜接的，界面上的原子為兩者共有。 半共格相界半共格相界 (Simi-coherent phase boundary)(Simi-coherent phase bound

18、ary) 兩相鄰晶體在相界面處的晶面間距相差較大，則在相界面上兩相鄰晶體在相界面處的晶面間距相差較大，則在相界面上 不可能做到完全的一一對應(yīng)，于是在界面上將產(chǎn)生一些位錯，不可能做到完全的一一對應(yīng)，于是在界面上將產(chǎn)生一些位錯， 以降低界面的彈性應(yīng)變能，這時界面上兩相原子部分地保持以降低界面的彈性應(yīng)變能，這時界面上兩相原子部分地保持 匹配，這樣的界面稱為半共格界面或部分共格界面。匹配，這樣的界面稱為半共格界面或部分共格界面。 非共格相界非共格相界(incoherent phase boundary) 當兩相在相界面處的原子排列相差很大時，只能形成非共當兩相在相界面處的原子排列相差很大時，只能形成非共 格界面。這種相界與大角度晶界相似，可看成是由原子不格界面。這種相界與大角度晶界相似，