7晶体中的缺陷与扩散教程.ppt

第七章 晶体中的缺陷与扩散;第 一 节 晶体缺陷的基本类型;晶体的缺陷; 点缺陷：它是在格点附近一个或几个晶格常量范围内的一种晶格缺陷，如空位、填隙原子、杂质等。;１．弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷; 当晶体中的原子脱离格点位置后不在晶体内部形成填隙原子，而是占据晶体表面的一个正常位置，并在原来的格点位置产生一个空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。; 构成填隙原子的缺陷时，必须使原子挤入晶格的间隙位置，所需的能量要比造成空位的能量大些，所以对于大多数的情形，特别是在温度不太高时，肖特基缺陷存在的可能性大于弗仑克尔缺陷。;３．色心;＋;;; 实际晶体往往是由许多块具有完整性结构的小晶体组成的，这些小晶体彼此间的取向有着小角倾斜，为了使结合部分的原子尽可能地规则排列，就得每隔一定距离多生长出一层原子面，这些多生长出来的半截原子面的顶端原子链就是刃型位错。;2.螺旋位错;1.晶粒间界; 如从某一晶面开始，晶体的两部分发生滑移，比如从某C晶面以后整体发生了滑移，B变成A，则晶面的排列形式变成：;第 二 节 热缺陷的统计理论;7.2.1 热缺陷的数目; 首先假设晶体中仅存在空位，且空位数n1比晶体的原子数N小得多；;从N个原子中取出n1个空位的可能方式数;利用斯特令公式;根据假设n1远小于N，所以;假设：晶体中有N个原子，有N′个间隙位置。;晶体熵的改变为;7.2.2 热缺陷的运动、产生和复合; P1 ---一个空位在单位时间内从一个格点位置跳到相邻格点位置的概率；;我们以填隙原子为例来加以讨论。; 填隙原子跳到相邻间隙位置所必须等待的时间为：;每秒所产生的填隙原子数为(N－n1)P，;单位时间内填隙原子的复合概率为n1/?2N，; 因此考虑复合时，只需考虑一种缺陷在运动，另一种缺陷可相对地看作是静止的。;第三节 晶体中的扩散;§7.3 晶体中的扩散;7.3.1 扩散的宏观规律;式中负号表示粒子从浓度高处向浓度低处扩散。 ; (1)在单位面积上有Q个粒子欲向晶体内部单方向扩散，边界条件为：;在此条件下， 式的解为;7.3.2 扩散的微观机构; 晶体粒子的扩散有三种方式：离子以填隙原子的形式扩???；粒子借助于空位扩散；以上两种方式并存。;从上式可以看出，扩散过程和热激活过程相联系。;2.填隙原子机构; 设从A点到B点经过f小步，每一小步的距离为xi(i=1，2，…，f)，显然; 与填隙原子相邻的一个格点是空位的概率是n1/N， 因此填隙原子跳N/n1小步才能遇到一个空位与之复合，所以f=N/n1，如果把每一小步的距离都看作等于a，于是;一般说来，u2大于u1，所以同样温度下，D1要比D2大得多。;3.杂质原子扩散;在此时间内;元素;第 四 节 离子晶体的点缺陷及导电性;§7.4 离子晶体的点缺陷及导电性; 晶体中有四种缺陷，A+填隙离子， A+空位，B-填隙离子和B-空位。由于整个晶体是保持电中性的，因此，对于其中的肖特基缺陷，正负离子空位的数目是相同的；;7.4.2 离子晶体的导电性; 假设 分别代表i种热缺陷的浓度和漂移速度，则四种缺陷总的电流密度为：;; 每秒向左或向右跳动的概率，实际上也可以认为是每秒向左或向右跳动的步数，因此每秒向右的净步数为：;式中?称为离子迁移率，它与扩散系数D的关系为;第七章 晶体中的缺陷与扩散 总 结;1.点缺陷; 当晶格周期性的破坏是发生在晶体内部一条线的周围近邻，这种缺陷称为线缺陷。位错就是线缺陷。;u2为形成一个填隙原子所需的能量。;2. 热缺陷的运动、产生和复合;晶体中的扩散;(1)空位机构; 因为N远大于n2，所以杂质原子的扩散系数比晶体填隙原子的自扩散系数要大得多。;离子晶体的点缺陷及导电性