晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型ppt課件

1、第二章第二章 晶體構(gòu)造缺陷晶體構(gòu)造缺陷 缺陷的含義：通常把晶體點(diǎn)陣構(gòu)造中周期性勢場的畸變稱為缺陷的含義：通常把晶體點(diǎn)陣構(gòu)造中周期性勢場的畸變稱為晶體的構(gòu)造缺陷。晶體的構(gòu)造缺陷。理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)厲按照空間點(diǎn)陣陳列。理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)厲按照空間點(diǎn)陣陳列。實(shí)踐晶體：存在著各種各樣的構(gòu)造的不完好性。實(shí)踐晶體：存在著各種各樣的構(gòu)造的不完好性。研討缺陷的意義：由于缺陷的存在，才使晶體表現(xiàn)出各種研討缺陷的意義：由于缺陷的存在，才使晶體表現(xiàn)出各種各樣的性質(zhì)，使資料加工、運(yùn)用過程中的各種性能得以有各樣的性質(zhì)，使資料加工、運(yùn)用過程中的各種性能得以有效控制和改動，使資料性能的改善和復(fù)合資料的制備得以效控制和改動，使資

2、料性能的改善和復(fù)合資料的制備得以實(shí)現(xiàn)。因此，了解缺陷的構(gòu)成及其運(yùn)動規(guī)律，對資料工藝實(shí)現(xiàn)。因此，了解缺陷的構(gòu)成及其運(yùn)動規(guī)律，對資料工藝過程的控制，對資料性能的改善，對于新型資料的設(shè)計(jì)、過程的控制，對資料性能的改善，對于新型資料的設(shè)計(jì)、研討與開發(fā)具有重要意義。研討與開發(fā)具有重要意義。缺陷對資料性能的影響舉例缺陷對資料性能的影響舉例:資料的強(qiáng)化，如鋼資料的強(qiáng)化，如鋼是鐵中滲碳是鐵中滲碳陶瓷資料的增韌陶瓷資料的增韌半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體摻雜本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：n2.1 2.1 晶體構(gòu)造缺陷的類型晶體構(gòu)造缺陷的類型 n2. 2 2. 2 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷n2.3 2.3 線缺陷線缺陷n2.4 2.4 面缺

3、陷面缺陷n2.5 2.5 固溶體固溶體n2.6 2.6 非化學(xué)計(jì)量化合物非化學(xué)計(jì)量化合物n掌握缺陷的根本概念、分類方法；掌握缺陷的根本概念、分類方法；n掌握缺陷的類型、含義及其特點(diǎn)；掌握缺陷的類型、含義及其特點(diǎn)；n熟練書寫點(diǎn)缺陷的缺陷反響方程式、化學(xué)平衡方熟練書寫點(diǎn)缺陷的缺陷反響方程式、化學(xué)平衡方法計(jì)算熱缺陷的濃度；法計(jì)算熱缺陷的濃度；n了解缺陷在資料性能的改善、新型資料的設(shè)計(jì)、了解缺陷在資料性能的改善、新型資料的設(shè)計(jì)、研討與開發(fā)中的意義。研討與開發(fā)中的意義。本章要求掌握的主要內(nèi)容：本章要求掌握的主要內(nèi)容：2.1 晶體構(gòu)造缺陷的類型晶體構(gòu)造缺陷的類型 分類方式：分類方式：幾何形狀：點(diǎn)缺陷、線缺

4、陷、面缺陷等幾何形狀：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等構(gòu)成緣由：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)構(gòu)成緣由：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷等量缺陷等一、按缺陷的幾何形狀分類一、按缺陷的幾何形狀分類 本征缺陷本征缺陷雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷零維缺陷零維缺陷線缺陷線缺陷一維缺陷一維缺陷位錯位錯面缺陷面缺陷二維缺陷二維缺陷小角度晶界、大角度晶界小角度晶界、大角度晶界攣晶界面攣晶界面堆垛層錯堆垛層錯體缺陷體缺陷三維缺陷三維缺陷包藏雜質(zhì)包藏雜質(zhì)沉淀沉淀空洞空洞1. 點(diǎn)缺陷零維缺陷點(diǎn)缺陷零維缺陷 Point Defect 缺陷尺寸處于原子大小的數(shù)量級上，即三維缺陷尺寸處于原子大小的數(shù)量級上，即三維方向上缺陷的尺寸都

5、很小。方向上缺陷的尺寸都很小。包括：空位包括：空位vacancy 間隙質(zhì)點(diǎn)間隙質(zhì)點(diǎn)interstitial particle 錯位原子或離子錯位原子或離子 外來原子或離子雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)外來原子或離子雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)foreign particle 雙空位等復(fù)合體雙空位等復(fù)合體點(diǎn)缺陷與資料的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、資料的高溫動力學(xué)點(diǎn)缺陷與資料的電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、資料的高溫動力學(xué)過程等有關(guān)。過程等有關(guān)。Now What Do You See?VacancyInterstitial Vacancies:-vacant atomic sites in a structure.Vacancydistortion of

6、planes Self-Interstitials:-extra atoms positioned between atomic sites.self-interstitialdistortion of planesPoint DefectsCommonRareTwo outcomes if impurity (B) added to host (A): Solid solution of B in A (i.e., random dist. of point defects)ORSubstitutional alloy(e.g., Cu in Ni)Interstitial alloy(e.

7、g., C in Fe)Impurities In Solids8 Impurities must also satisfy charge balance Ex: NaCl Substitutional cation impurity Substitutional anion impurityinitial geometryCa2+ impurityresulting geometryCa2+Na+Na+Ca2+cation vacancyinitial geometry O2- impurityO2-Cl-anion vacancyCl-resulting geometryImpuritie

8、s in Ceramics2. 線缺陷一維缺陷位錯線缺陷一維缺陷位錯(dislocation)指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)那么性陳列所產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在一維規(guī)那么性陳列所產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很短。如各種位錯方向較長，另外二維方向上很短。如各種位錯dislocation，如下圖。，如下圖。 線缺陷的產(chǎn)生及運(yùn)動與資料的韌性、脆性親線缺陷的產(chǎn)生及運(yùn)動與資料的韌性、脆性親密相關(guān)。密相關(guān)。 刃型位錯刃型位錯 G H E F刃型位錯表示圖：刃型位錯表示圖：(a)(a)立體模型立體模型;(b);(b)平面圖平面圖 晶體部

9、分滑移呵斥的刃型位錯晶體部分滑移呵斥的刃型位錯螺型位錯螺型位錯CBAD(b) 螺型位錯表示圖螺型位錯表示圖:a立體模型立體模型 ；b平面圖平面圖ABCD(a )螺型位錯表示圖螺型位錯表示圖3.面缺陷面缺陷 面缺陷又稱為二維缺陷，是指在二維方向上偏離理想面缺陷又稱為二維缺陷，是指在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規(guī)那么性陳列而產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺晶體中的周期性、規(guī)那么性陳列而產(chǎn)生的缺陷，即缺陷尺寸在二維方向上延伸，在第三維方向上很小。如晶界、外寸在二維方向上延伸，在第三維方向上很小。如晶界、外表、堆積層錯、鑲嵌構(gòu)造等。表、堆積層錯、鑲嵌構(gòu)造等。 面缺陷的取向及分布與資料的斷裂韌性有關(guān)。面缺陷的

10、取向及分布與資料的斷裂韌性有關(guān)。 面缺陷晶界面缺陷晶界 晶界表示圖 亞晶界表示圖n 晶界: 晶界是兩相鄰晶粒間的過渡界面。由于相鄰晶粒間彼此位向各不一樣，故晶界處的原子陳列與晶內(nèi)不同，它們因同時(shí)遭到相鄰兩側(cè)晶粒不同位向的綜合影響，而做無規(guī)那么陳列或近似于兩者取向的折衷位置的陳列，這就構(gòu)成了晶體中的重要的面缺陷。n 亞晶界: 實(shí)驗(yàn)闡明，在實(shí)踐金屬的一個(gè)晶粒內(nèi)部晶格位向也并非一致，而是存在一些位向略有差別的小晶塊位向差普通不超越2)。這些小晶塊稱為亞構(gòu)造。亞構(gòu)造之間的界面稱為亞晶界。面缺陷堆積層錯面缺陷堆積層錯面心立方晶體中的抽出型層錯面心立方晶體中的抽出型層錯(a)和插入型層錯和插入型層錯(b)

11、 面缺陷共格晶面面缺陷共格晶面面心立方晶體中面心立方晶體中111面反映孿晶面反映孿晶熱缺陷熱缺陷雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷二二 按缺陷產(chǎn)生的緣由分類按缺陷產(chǎn)生的緣由分類非化學(xué)計(jì)量缺陷非化學(xué)計(jì)量缺陷電荷缺陷電荷缺陷輻照缺陷輻照缺陷1. 熱缺陷熱缺陷 類型類型:弗侖克爾缺陷弗侖克爾缺陷Frenkel defect和肖特基缺陷和肖特基缺陷Schottky defect定義定義:熱缺陷亦稱為本征缺陷，是指由熱起伏的緣由所產(chǎn)生熱缺陷亦稱為本征缺陷，是指由熱起伏的緣由所產(chǎn)生 的空位或間隙質(zhì)點(diǎn)原子或離子。的空位或間隙質(zhì)點(diǎn)原子或離子。熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系熱缺陷濃度與溫度的關(guān)系:溫度升高時(shí)，熱缺陷濃度添加溫度升高時(shí)，熱

12、缺陷濃度添加T E 熱起伏熱起伏(漲落漲落) E原子原子 E平均平均 原子脫離其平衡位置原子脫離其平衡位置 在原來位置上產(chǎn)生一個(gè)空位在原來位置上產(chǎn)生一個(gè)空位熱缺陷產(chǎn)生表示圖熱缺陷產(chǎn)生表示圖a單質(zhì)中弗侖克爾缺陷的構(gòu)單質(zhì)中弗侖克爾缺陷的構(gòu)成空位與間隙質(zhì)點(diǎn)成對出現(xiàn)成空位與間隙質(zhì)點(diǎn)成對出現(xiàn)b單質(zhì)中的肖特基缺陷的單質(zhì)中的肖特基缺陷的構(gòu)成構(gòu)成 外表位置外表位置 (間隙小間隙小/構(gòu)造緊湊構(gòu)造緊湊) 間隙位置間隙位置 (構(gòu)造空隙大構(gòu)造空隙大)Frenkel 缺陷缺陷M X:Schottky 缺陷缺陷2. 雜質(zhì)缺陷雜質(zhì)缺陷 特征特征:假設(shè)雜質(zhì)的含量在固溶體的溶解度范圍內(nèi)，那么雜假設(shè)雜質(zhì)的含量在固溶體的溶解度范圍

13、內(nèi)，那么雜質(zhì)缺陷的濃度與溫度無關(guān)。質(zhì)缺陷的濃度與溫度無關(guān)。雜質(zhì)缺陷對資料性能的影響雜質(zhì)缺陷對資料性能的影響定義定義:亦稱為組成缺陷，是由外加雜質(zhì)的引入所產(chǎn)生的缺陷。亦稱為組成缺陷，是由外加雜質(zhì)的引入所產(chǎn)生的缺陷?；|(zhì)原子雜質(zhì)原子基質(zhì)原子雜質(zhì)原子取代式取代式 間隙式間隙式 能量效應(yīng)體積效應(yīng)體積效應(yīng)3. 非化學(xué)計(jì)量缺陷非化學(xué)計(jì)量缺陷 特點(diǎn)特點(diǎn): 其化學(xué)組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而變化。其化學(xué)組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而變化。是一種半導(dǎo)體資料。是一種半導(dǎo)體資料。定義定義: 指組成上偏離化學(xué)中的定比定律所構(gòu)成的缺陷。它是指組成上偏離化學(xué)中的定比定律所構(gòu)成的缺陷。它是由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些

14、組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如Fe1xO、Zn1+xO等晶體中的缺陷。等晶體中的缺陷。電荷缺陷：質(zhì)點(diǎn)陳列的周期性未遭到破壞，但因電子或空穴電荷缺陷：質(zhì)點(diǎn)陳列的周期性未遭到破壞，但因電子或空穴的產(chǎn)生，使周期性勢場發(fā)生畸變而產(chǎn)生的缺陷；的產(chǎn)生，使周期性勢場發(fā)生畸變而產(chǎn)生的缺陷；包括：導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴包括：導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴4. 其它緣由，如電荷缺陷，輻照缺陷等其它緣由，如電荷缺陷，輻照缺陷等輻照缺陷：資料在輻照下所產(chǎn)生的構(gòu)造不完好性；輻照缺陷：資料在輻照下所產(chǎn)生的構(gòu)造不完好性；如：色心、位錯環(huán)等；如：色心、位錯環(huán)等；輻照缺陷對金屬的影響：高能輻照如中子輻照，可把原子從正常格點(diǎn)輻照缺陷對金屬的影響：高能輻照如中子輻照，可把原子從正常格點(diǎn)位置撞擊出來，產(chǎn)生間隙原子和空位。位置撞擊出來，產(chǎn)生間隙原子和空位。降低金屬的導(dǎo)電性并使資料由韌變硬變脆。退火可排除損失。降低金屬的導(dǎo)電性并使資料由韌變硬變脆。退火可排除損失。輻照缺陷對非金屬晶體的影響：在非金屬晶體中，由于電子激發(fā)態(tài)可以局輻照缺陷對非金屬晶體的影響：在非金屬晶體中，由于電子激發(fā)態(tài)可以