固体物理 4.1晶体的缺陷.ppt

第四章? 晶体的缺陷 实际晶体中或多或少都存在缺陷．晶体缺陷按几何形态分，有点缺陷、线缺陷和面缺陷 。 4．1? 晶体缺陷的基本类型 本章只讨论单晶体的缺陷．单晶体的缺陷种类很多，在此只介绍一些基本的缺陷类型． 4.1.1? 点缺陷 晶格中个的填隙原子、空位、俘获电子的空位、杂质原子等，称为点缺陷．这些缺陷约占一个原子的尺寸，引起晶格周期性在一到几个原胞范围内发生紊乱． ( 1)．弗仑克尔(Frenkel)缺陷??? 正常格点上的原子，无时无刻不在作围绕平衡点的振动．由于存在热振动的涨落，振幅达的原子就会摆脱平衡位置而进入原子间隙位置．这种由一个正常原子同时产生一个填隙原子和一个空穴的缺陷称为弗仑克尔缺陷。 (2)．肖特基〔Schohky)缺陷 某格点上的原子，由于热振动的涨落，某时刻它的振幅变得很大，会将最近邻原子挤跑，而自己占据这一最近邻格点，在它原来的位置留下一个空位．由于该原子把能量传递给了挤跑的原子，挤跑的原子也能将下一个原子挤跑，…，类似于一串小球的碰撞一样，如图4.2所示，最表面上的原位移到一个新的位置。晶体内这种不伴随填隙原产生的空位，称作肖持基缺陷． (3)．替位式杂质原子 在晶体生长、半导体材料及电子陶瓷材料制备中，常常有目的地加入少量的杂质原子，比其形成替位式杂质．例如当在Fb(Zr xTil—x)O3铁电陶瓷户加入La、Nd、Bi等“软性”添加物，这些原子占据Pb的位置，能提高该铁电材料的介电常数，降低该材料的机械品质因数；当添加Fe、Co、Mn等“硬性”添加物后，这些原子占据zr或剿的格点，能显著提高该铁电材料的机械品质因数． (4)．色心 纯净的卤化碱晶体在光谱的整个可见光波段中是透明的，色心是能吸可见光的晶体缺陷。寻常的点阵空位并不使卤化碱晶体赋色，虽然它会影响紫外区的吸收。有好几种方法可使晶体赋色： ?? I)引入化学杂质； 2)引入过量的金属离子(可以把晶体放在碱金属蒸气中加热然后使之快速冷却。Nacl晶体在钠蒸气中加热将呈现黄色；KCl晶体在钾蒸气中加热将呈现品红)； 3)x射线或γ射线辐照，中子或电子轰击： 4)电解． 1、F心 最简单的色心是一个F心．这个命名来自德文“Farbe”(彩色)一词．一般产生色心的方法是将晶体在过量碱金属中加热或是用X射线辐照． F心是卤化碱晶体中最简单的俘获电子中心．F心的光吸收是由于中心通过电偶跃迁跃至一个束缚激发态所引起。 4.1.2? 线缺陷 ? 沿一平面，晶体的一部分相对于另一部分发生滑移时，在滑移部分与未滑移部分的交界处．晶格容易发生错位，这种线缺陷称为位错．典型的位错有两种： 一是刃位错， 二是螺位错． ( 1)．刃位错 低角晶界 Burgers提出，相邻晶粒之间的低角度晶界由位错列阵组成．图示出晶粒间界伯格斯模型的一个简单例子． (2)．螺位错 4.1.3面缺陷 金属晶体常采取立方密积结构形式，而立方密积是原子球以三层为一循环的堆积形式，若把这三层原子面分别用A、B、C表示，则晶面的排列形式是 ??? ….ABC ABC ABC ABC… 若某一晶面(比如A)在晶体生长时丢失，原子面的排列形式成为 ．．ABCABCBCABC ABC…， 若从某一晶面开始，晶体两部分发生了滑移，比如从某C晶面以后整体发生了滑移，C变成A，则晶面的排列形式可能变成 …ABCABABCABC…， 这一类整个晶面发生错位的缺陷称为堆垛层错． （1）堆垛层错 （2） 孪晶界面 （3）晶粒间界 晶须 普经观察到：在高过饱和区，并且无需存在约多于一个位错的情况下，细的发状晶体或晶须能够成长．。 4.2位错缺陷的性质 4.2.1 位错的滑移 通过金相显微镜观察表明，当一金属晶体被拉伸时，拉伸力若超过弹性限度，晶体会产生如图4．6所示的沿某一族晶面发生滑移的现象．而且结构相同的晶体，滑移方向和滑移面通常是相同的．实验还表明，使之发生晶面滑移有一个最小的切应力，称为临界切应力。 （1）刃位错 位错是晶体滑动部分和未滑动部分的分界线．在位错附近，由于晶格发生了畸变，原子的受力情况也发生了变化．说明了三点，①晶体的一部分相对于另一部分的滑移，实际是位错线的移动；②位错线的移动是逐步进行的；③使位错线移动的切应力较小．这第三点正是实验临界切应力比理论值小的根源． （2）螺位错的滑移 螺位错的滑侈情况与刃位错的滑移相类似，只是螺位错的滑体方向与晶体所受切应力的方向相蚕直．图4．8(a)是图4．5(a)剪切面左视图．由于BC列原了受到右边原子的下拉力。BC原子有向下位移的趋势．当在BC右边施加一个不大的作用力，就能使出BC原子下移一定的距离，使B‘C’成为螺位错，如图48(b)所示