固体物理章-晶体缺陷

第四章晶体缺陷本章主要内容：1、教学内容：

点缺陷、面缺陷、体缺陷的产生及扩散。2、基本要求：

掌握点缺陷；位错；面缺陷与体缺陷；缺陷的扩散等。第四章晶体缺陷

完美晶体——组成晶体的所有原子或离子都排列在晶格中，没有晶格空位，也没有间隙原子或离子。其特征：1、晶格中的原子或离子都是化学分子式中的原子或离子，没有外来的杂质；2、晶体的原子之比符合化学计量比。实际晶体：与理想晶体有一些差异。如（现象）：1、处于晶体表面的原子或离子与体内的差异；2、晶体在形成时，常因一些部位同时成核生长，结果形成的不是单晶而是许多细小晶粒按不规则排列组合起来的多晶体；3、在外界因素的作用下，原子或离子脱离平衡位置（如点缺陷）和杂质原子的引入等。实际晶体1有三个点缺陷的规则堆积阵2点和线缺陷3被缺陷界面分开的畴界没有孪晶4位错群5相界

晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S的增加。按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为：

点缺陷——缺陷的延伸范围是零维

线缺陷——一维

面缺陷——二维

体缺陷——三维每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如：点缺陷——影响晶体的电学、光学和机械性能；线缺陷——严重影响晶体的强度、电性能等。

点缺陷是晶体中以空位、间隙原子、杂质原子为中心，在一个或几个原子尺寸范围的微观区域内，晶格结构偏离严格周期性而形成的畸变区域。它是由晶体的热振动而产生。点缺陷是晶体中最简单、最常见或者说一定存在的缺陷形式。

点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是在原子尺寸大小的晶体缺陷。§4-1点缺陷空位——在晶格结点位置应有原子的地方空缺，这种缺陷称为“空位”。间隙原子——在晶格非结点位置，往往是晶格的间隙，出现了多余的原子。它们可能是同类原子，也可能是异类原子。异类原子——在一种类型的原子组成的晶格中，不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置。一、点缺陷的类型和形成能（一）点缺陷的类型（1）肖脱基（Schottky）缺陷

特征：晶体中存在着晶格空位。形成原因：这种空位是晶体内部格点上的原子或离子通过接力运动移到表面格点位置后在晶体内所留下的空位，如图4-1b。定义：只形成空位不形成间隙原子（构成新的晶面）的晶体空位称为肖脱基缺陷。（二）点缺陷的形成和形成能注意：1、负离子不能到间隙2、要求局部电中性

（2）费伦克尔（Frenkel）缺陷

特征：原子离开平衡位置进入间隙，形成等量的空位和间隙原子。形成原因：如果晶体内部格点上的原子或离子移到晶格间隙位置形成间隙原子，同时在原来的格点位置上留下空位，于是晶体中将存在等浓度的晶格空位和填隙原子，如图a。

定义：将空位-间隙原子对称为费仑克尔缺陷。

（3）间隙原子缺陷(或称反肖脱基缺陷

)

特征：它是晶体表面格点原子运动到晶体的间隙位置，如图c。形成填隙缺陷需要更大的能量，除小半径杂质原子外，一般不易单独形成此种缺陷。

小结：形成填隙原子时，原子挤入间隙位置所需要的能量比产生肖特基空位所需能量大，因此当温度不太高时，肖特基缺陷的数目要比弗仑克尔缺陷的数目大得多。点缺陷类型示意图(a)Frenkel缺陷；(b)Schottky缺陷；(c)反Schottky缺陷

（4）空名位的枝形成漠能定义饲：空位蜘的形钉成能是在晶体悬内的广格点蚂上取衰出一宽个原竹子放鞭到晶艇体表孔面所调需要议的能鲁量。讨论局：（a）结氧合能绒越大身，熔详点越参高，双则空饶位的竖形成莫能越匆大。（b）一稿般化叼合物裳晶体针中的丑点缺草陷是稿空位察，因为啊形成概间隙原子匆所需顶的能促量比膝形成肺空位洞的高率。（c）一尘般共董价半惯径大谨的原限子具凑有较梁大的辩空位国形成妻能。（三垫）点抽缺陷释的表坐示Kr摧og尤er丘-Vi涛nk（19偶60年前牺后）欲提出悟了一株套描姑写点瓶缺陷裳的记芝号，讲并发卧展了应用质量腿作用满定律等来怜处理筋晶格恶缺陷停间关控系的缺陷朋化学。以MO（氧忠化物即）为泪例：空位馋（Va呈ca扣nc养y）VM，VO间隙极原子芬（In努te服rs汗ti往ti傻al）Mi，Oi错位致原子MO，OM溶质也原子唤（外统来原幼子）LM，Li自由灭电子拴及电周子空棚穴e,，h·带电您荷的苗缺陷VM,,，VO··缺陷包方程境三原虏则：质量誓守恒,电荷岛平衡,正负捎离子漆格点姨成比恰例增程减。如居：肖特强基缺纤陷生亿成：0→冤VM,,+爪VO··弗仑线克尔祝缺陷逢生成廊：0→烈VM,,+晶Mi··定义宁：色心豪是一码种非化卫学计注量比高引起的空既位缺弃陷。特征忽：该空诉位能够栗吸收绵可见乓光使涉原来尾透明与的晶务体出克现颜李色，因认而称圾它们膜为色心,最简喇单的跟色心种是F心(来自群德语”Fa译rb汽e”,颜色)。F心：是离子傻晶体绒中的一个正负离咱子空普位束芬缚一捕个电猎子构成鹊的点抢缺陷公。形成视过程敌：是碱卤肾晶体类在相楼应的居过量闹碱金事属蒸提汽中失加热析，例如拆：Na识Cl晶体宝在Na蒸汽糖中加朝热后括呈黄脖色；KC脑l晶体透在K蒸汽反中加乓热后畏呈紫自色；Li诉F在Li蒸汽对中加绩热后细呈粉仗红色针。二、姓色心V心：与F心相蚂对的蚀色心鼓，又灿称空吊穴色站心。培是离痰子晶令体的负电盘中心名束缚鞋一个误带正除电的筋“空咏穴”圆所组穷成的腥点缺来陷。形成出过程阳：当碱厨卤晶黎体在坛过量网的卤炕素蒸悲汽中值加热名后，更由于大量谜的卤吧素进陵入晶衔体，为次保持绪电中江性，杏在晶剥体中新出现朵了正帽离子毁空位俩,形巷成负电宰中心。这种管负电案中心忌可以碌束缚窑一个报带正独电的候“空读穴”底所组碑成的便体系称为V心。V心和F心在结盯构上抛是碱剩卤晶弃体中形两种最简牌单的恰缺陷。在属有色吸心存兼在的光晶体扣中，A、状B两种权元素践的比熔例已抵偏离壮严格熄的化吃学计早量比穷。所构以色心坏也是鸽一种充非化谨学计时量引宋起的徐缺陷院。F心的艘着色莲原理透：在于拔加热对过程片中过英量的防碱金短属原惑子进脾入晶熄体占尤据碱季金属唐格点杀位置斯。晶体细为保堤持电葬中性守，会堪产生王相应洲数目羞的负旺离子北空位。同书时，铃处于眨格点典的碱金担属原课子被鸣电离址，失去栗的电侦子被栗带正奇电的负离缺子空级位所束锤缚，晴从而默在空池位附环近形柏成F心，如缸图4-牲3，F心可扇以看攻成是尿束缚樱在负途离子俘空位乌处的递一种“电子乌陷阱”。实际缠晶体闸中存程在某追些微跳量杂苏质。杂质林来源霞：一方券面是浙晶体券生长踪蝶过程吵中引喜入的酬，如O、浑N、甩C等，宝这些蔽是实遇际晶型体不杏可避四免的折杂质借缺陷少，只熄能控绘制相秒对含芽量的艺大小阔；另一步方面际是有蜂目的纺地向可晶体元中掺脊入的糟一些支微量颤杂质欲，例如认在单柔晶硅沙中掺届入微判量的B、蚕Pb维、G址a、杠In锣、P赛、A仁s等可恶以使驻晶体着的导捆电性拴能发柜生很隶大变啦化。当晶螺体存禽在杂固质原菊子时左，晶殿体的寇内能猴会增许加，由于恒少量王的杂想质可序以分奏布在秘数量派很大绍的格矿点或休间隙若位置冬上，酿使晶震体组嫂态熵起（混经合熵枪）的马变化俗也很冠大。因伐此温造度T下，口杂质致原子泊的存引在也善可能祸使自桑由能扇降低验。(△F＝△U-昼T△S)三、恢杂质吩原子当杂牙质原岁子取狠代基多质原催子占壮据规杂则的套格点你位置唱时，念形成替位萝式杂抽质，如鸭图a；若杂可质原办子占风据间移隙位厦置，普形成间隙微式杂鲜质，如腔图b。对一法定晶秋体，魔杂质盒原子拒是形叨成替干位式求杂质肌还是职间隙释式杂扁质，主要陵取决微于杂储质原踢子与修基质原子毒几何促尺寸掀的的箱相对胳大小及其电负践性。（1）杂桶质原检子比榴基质烦原子牧小得疏多时阶，形壶成间页隙式驼杂质。因为赞替位蒸式杂劳质占令据格阴点位旋置后常，会裁引起悲周围同晶格偶畸变泳，畸变怕区域朗一般雹不大，畸浓变引塘起的蔑内能低增加困也不竞大；表若杂若质占插据间间隙位崭置，娃由于拣间隙受空间性有限繁，由捉此引库起的畸变品区域终比替崭位式辅大，因乒而使手晶体且的内津能增葡加较净大。所以侍只有诊半径而较小漫的杂望质原菠子才短能进姥入敞目开型响结构窃的间印隙位染置中吩。例劲如：备金属丈晶体罪结构茎的密妻堆积元形式蔬决定愚了间虫隙空斑间的东有限奏，这测类晶端体只充有象H、都C这样井小的舞原子确才能数进入雷间隙难位置辞。许俱多金萄属氧至化物余晶体椒中，乌只有成象Li+这样扣的杂丸质离焰子才隔能形疲成间刺隙缺量陷。哄即使骗这样首，间亲隙杂拢质也腊还会敬引起勉明显胁的晶掠格结秃构的奸畸变垒。这种呈畸变盒以及巨基质承原子侍和杂概质原选子之福间的躁化学藏差异帮，通锄常会影响灾杂质惯原子号的溶调解度。讨论途：（2）替位误式杂愈质在脸晶体封中的爹溶解族度也刑决定婆于原宗子的队几何承尺寸爬和化干学因小素。如果杂质缝和基明质具嗽有相近的原奔子尺止寸和誓电负吸性，可架以有较访大的增溶解苏度。但艳也只趴有在单二者视化学胆性质碗相近晋的情航况下因，才毛能得岁到高客的固缝溶度只。（3）元素秤半导勉体、鞭氧化是物及尼化合即物半汉导体惰晶体时中的俩替位璃式杂柳质，往通常邻引起废并存铁的电挡子缺妈陷，堪从而明显览的改许变材中料的组导电掠性。例如岗：Si晶体汪中含粱有五龟价P时，赔由于齿金刚抖石结莲构四绸面体母键仅死需4尾个电农子，秤所以速每个P多了唇一个励电子嗓；如果Si晶体主中含辅有三锄价In原子泽时，晋由于袭共价前键中抚缺少就一个嫁电子以而形哗成电内子空产位即走空穴墨。这种角掺杂紫的Si晶体贺都因忆杂质销原子矩的存腿在而楚是电弯导率削有很缓大提患高。P多一保个电短子In少一捷个电垒子-电子多空位施主房诚杂质洋（n型杂质质）蕉受主车杂质万（p型杂绍质）补充贩：半帮导体胳中的贴杂质跪和缺底陷能潮级Ⅳ族元野素半治导体球中杂芳质主德要是予替位元式杂设质。（1）施雾主杂戴质和赵施主屡能级ED——电子倡型半会导体禁带颂宽度导带愚底价带臂顶（2）受智主杂墓质和醒受主矩能级EA——空穴恋型半战导体杂质亚的补遇偿——施主踏和受讯主在音导电许性能搁上的完抵消注：施主勇杂质容若与龙受主把杂质姐浓度素相当——不能中提供乒载流滚子——杂质聚的高兄度补赵偿——材料顶电学遍性能胸差，氏不能荷使用四、蕉点缺犁陷对沿材料给性能鸭的影烛响结构朱畸变润：无论验那种买点缺誓陷的闲存在巨，都放会使凳其附灿近的脏原子塔稍微博偏离爱原结岛点位龄置才嘉能平给衡，世即造摧成小区辜域的兄晶格蛇畸变。点缺诊陷对元材料刃性能饰的影货响：（1）提稼高材爹料的花电阻——定向埋流动誉的电络子在轿点缺怀陷处贯受到逆非平蕉衡力(陷阱)，增铲加了视阻力丧，局炼部加主速运言动提辩高了征局部品温度(发热)。（2）加掉快原治子的旷扩散芦迁移——空位闹可作朴为原蜡子运孟动的宫周转程站。（3）形捕成其喉他晶伸体缺雹陷——过饱掀和的慌空位腐可集排中形予成内遇部的只空洞题，集欠中一疯片的怠塌陷勉形成泻位错彻。（4）改夺变材悼料的唇力学逝性能——空位勒移动纽奉到位牌错处运可造僵成刃位犁错的印攀移，间巧隙原疑子和煤异类寸原子奋的存懂在会增加酿位错滩的运衬动阻末力。会图使强度横提高，塑性慌下降。线缺谎陷——晶体区内部嫩偏离满周期格性点拦阵结塞构的常一维毒缺陷。晶体息中最织重要封的一剧种线液缺陷前是位错。位范错在魂晶体悬的范站性与哭强度愚、断样裂、钩相变干以及适其他就结构或敏感焰性问社题中监起着沃重要斩作用洲。位错——在三骄维空瘦间的扭一个煎方向毛上的半尺寸乘很大(晶粒脏数量秆级)，另狱外两授个方旷向上掠的尺妙寸很柴小(原子籍尺寸挽大小)的晶紧体缺乖陷。一、戴位错始的基窝本类接型位错振是晶肌体结圈构中医的一毙种缺况陷，涉也可捕以说令是原苗子排翅列的鲜一种殖特殊捐组态宿。位碰错最厌简单缎、最巡寿基本霸的类许型是膜“刃位绑错”和察“螺位庆错”。§4-咬2线缺挖陷—槐—位蠢错（Di虏sl需oc忠at蜡io沫n）刃位益错(厘棱位点错）将晶事体的差上半挪部分狭向右互移动阴一个驻原子匙间距棉，再馅按原丝式子的申结合晋方式滋连接罢起来(见b图)。除扑分界盲线附栽近的艇一管问形区凯域例潮外，记其他乎部分凭基本归都是赢完好辟的晶碗体。异在分布界线织的上霜方将多出糊半个陵原子讯面（HE银FG），这就逃是刃型菊位错。螺位排错若将发晶体培的上栏半部山分向单后移示动一握个原基子间参距，嫁再按山原子旗的结杏合方句式连考接起乘来，或同样容除分宗界线榴附近秩的一向管形注区域秋例外射，其摔他部朽分基城本也荡都是陈完好浙的晶仙体。拴而在箭分界尝线的绕区域活形成嫁一螺挡旋面缝，这嫌就是螺型轨位错。位错础线的诊特征酿：1、是滑希移区测与未挂滑移招区的归分界蔑线；2、位错祸线附狡近原灿子排蔬列失聋去周器期性协；3、位错贼线附华近原访子受艳应力座作用异强，郊能量膝高；4、位错赛不是赵热运死动的叠结果；5、位肢错线圆的几扁何形职状可匆能很伟复杂围，可真能在体贿内形稳成闭婶合线，可市能在滑晶体清表面计露头霜，不可昨能在河体内要中断饱。刃型饭位错狭的特孝点是位拆错线垂直于滑观移矢便量b；螺型腿位错和的特雨点是位晓错线平行于滑葱移矢奔量b。滑移钞矢量b又称劲为伯格础斯（Bu童rg称er幻玉s）矢量（简检称伯肚氏矢牵量），它的模等于冷滑移方向锋上的平衡糖原子妻间距，它的方向代表滑移办方向。位错么的特弯点：柏氏嗓矢量富的确妨定方毕法：确定走方法语：首先遮在原牌子排革列基因本正岩常区息域作必一个剩包含售位错这的回竿路，裕也称买为柏氏献回路，这坚个回托路包闻含了选位错香发生役的畸五变。纸然后萝将同衣样大倍小的忌回路昆置于肿理想湾晶体雷中，跪回路含当然亲不可容能封仰闭，需要绢一个太额外派的矢悠量连缘瑞接才马能封艺闭，这个踏矢量令就称卸为该位错贼的柏群氏(B疼ur校ge斜rs避)矢量。柏氏防矢量元与位宽错类朗型的堡关系益：刃型稳位错柏氏机矢量均与位罗错线讽相互垂直。(依方迫向关切系可横分正刃和负刃跌型位宰错)螺型姻位错柏氏捷矢量脑与位乌错线学相互平行。(依方加向关呈系可印分左螺和右螺放型位捐错)混合鹅位错柏氏另矢量甜与位课错线届的夹角倾非0或90度。柏氏间矢量竿守恒趴：①同一格位错只的柏衣氏矢刃量与涛柏氏光回路蔑的大小和走向无关冒。②位错迁不可誓能终肌止于正晶体屠的内置部，只歉能到表面、晶界伍和其川他位辉错，在幕位错蓬网的吧交汇逐点，蕉必然混合诉型位据错——位错倒线与州滑移窑矢量居既不挡平行桥又不质垂直耗，如蜻右图柱。E处——位错拳线与索滑移砌矢量希平行，是纯螺哗型位配错，F处——位错进线与鸣滑移省矢量堪垂直，是纯刃识型位低错。其余——位错晴线与醋滑移佣矢量嗽既不沟平行蛛又不吃垂直，类属混合搭型位为错。混合舍位错日的原及子排沿列介屈于刃未型位警错和值螺型脸位错林之间，可复以分驾解为钱刃型布位错洲和螺累型位尝错。二、慎位错剪的运得动晶体详中的猪位错置在有碗条件灶时总杠是要从高嚼能位龄置转碎移到矮低能横位置波而发晨生运遮动。1.要位错川的滑驱移在图4-隐12中，盾对含若有刃心型位秒错的炕晶体废加平辛行于雁伯氏帜矢量显的切应肃力τ，位篮错线暮周围董的原浴子只她要移启动很析小的担距离另，位盼错线捡便从亭位置A移动此到位刺置A’撤。如果省应力管继续敬作用馅，位近错线矮将继膏续向丽右运肝动，舌直至附移出声晶体贼所在平表面怕形成余台阶啊。显蔬然，桂位错权运动钻只需命逐排愈克服委原子纤间的课结合葬力，日因而役使位山错滑锻移所或需要坑的临顷界切宪应力厌小得洁多，妄接近泊于实秀际测泪量值旋。滑移剩面：过位肾错线拿并和柏蒜氏矢振量平炕行的袋平面(晶面)是该学位错聋的滑满移面蓄。位错容面虽然厕位错后滑移百一个薯原子产间距其时每涛个原值子只敬移动监很小加的距勾离，闹但在给位错益扫过否的区世域积孙累起产接近驴于b的相得对位误移。凝当位驻错达缓到晶必体表防面后袄，整予个晶罩体滑惯移面旋移动兰一个倚伯氏隐矢量合，在渔晶体耀表面庭产生昌高度渔为b的台形阶，乌如图4-阳13。若齐有n个伯哑氏矢舰量相最同的幸位错闯扫过腿，会阅在晶栋体表柿面产逮生nb高的租台阶脑，形旦成显让微镜仍下可帖以看郑到的转滑移眯线。愈可见兵，位期错的炮滑移隶运动凝造成裁了晶存体的范性速形变，宏轰观观塑察到蛋的滑捉移面霜即是昆晶体覆中位陕错的范滑移息面，困滑移堂方向托即是指位错认伯氏码矢量乖方向凉。攀移——刃型详位错俯在垂准直于回滑移卸方向翠上的撑运动垒。实质——是多逼余半案晶面何的伸翅长或渣缩短叮；是空任位或采间隙宋原子的扩散器过程。在图锯中，另当位渗错刃羞部的慌空位遍扩散侨离开型多余诉的半床原子露面（五实际馆是格煎点原阶子或义间隙乱原子记扩散料到位错线套附近俗）时恩，多余业半晶紫面伸巷长，位略错向下斑攀移，称驰为负攀零移；反悼之，据若空魄位扩尸散到玩位错跪线附雄近，将半原邀子面砌缩短羽，位垒错向费上攀郑移，匀称为正攀掀移。2.构位错冈的攀伐移负攀庄移多余倦半晶尿面位错碌线讨论拉：（a）使责位错福发生修攀移溉运动足的力父为攀移像力，它即包括闭两部觉分：化学夜攀移延力——不平砌衡空必位浓迎度施给秆错位狸攀移犬的驱鞠动力牢；弹性仓攀移虎力——垂直泳于多叼余半棋晶面剥，刃位攀错受溉到的骆力。（b）螺奸位错她的伯割氏矢六量平剪行于假位错捉线，勺没有疗多余摔的半点晶面熊，因泥而螺位训错没授有攀掉移运冈动。（c）因为牌位错污线和陆柏氏荐矢量果平行具，所迫以螺型陶位错煮可以横有多长个滑迹移面，螺姻型位注错无骆论在聚那个沈方向催移动浆都是扩滑移贸。（d）晶暴体两旱部分篮的相对衫移动婚量决定联于柏氏本矢量秃的大县小和厅方向，与劲位错项线的沫移动需方向糠无关语。三、捞位错信的观炭察现象宫：位错处在晶是体表逝面的感露头菊抛光并后的钻试样线在侵济蚀时斩，易某侵蚀略而出刷现侵介蚀坑算。特点厚：是坑族为规四则的多边求型，且排亚列有堡一定估规律帝。前提沿：只能砍在晶光粒较凳大，爷位错乞较少菠时才纳有明承显效饼果。薄膜蛾透射饮电镜引观察巴将试严样减仔薄到显几十殿到数怕百个阿原子否层(50移0n胆m以下)，利卵用透龄射电印镜进功行观恶察，评可见四到位错刊线。（1）位错腾是热力兵学上罗不稳飞定的街线缺捐陷，必而且透具有辅一定眠的宽容度。（2）半臭径比锣主晶烘格原徒子大症的替烟位杂循质倾瞒向于估在伸医长变翠形区捐聚焦胖，而茎半径现较小珠的则运倾向伞于在互压缩显变形袍区聚植焦。杜可见昨位错作线类爆似于太一根啄高能叉“管霜道”抢，它坊是晶肾体内病空位末的“徒源”鸣和“饮漏”锅。（3）位驶错向催下攀裳移形炉成空罪位源街，它询向体萝内释矿放空棋位；位错辜向上分攀移悠形成乡丰空位扎漏，孙它将秩聚集镜体内音的空烟位。晶体充在升超降温唱过程娱中，宏体内零的平蜜衡空停位数陪或其包它缺握陷的聋浓度剧的变押化也哥是通灭过位笛错攀炕移运记动来腾实现挂。（4）在没这根昌高能渠管道咬内及导其附舱近，复由于畏晶格份畸变肌有较宗大的负应力其集中育，在岗晶体谱内形越成应杆力场塘，位躬错线吓附近橡原子唉的能屡量高鼓于正扭常格势点上援原子伪的能萌量，斑所以管道却内及那其附录近的在原子擦容易央被杂寸质原固子替载代，泥形成广复杂交的电余荷中寻心，额且易俱被腐降蚀。（5）对潮于共价嫁晶体，正迷常格服点位毯置上简的原焦子与商近邻巨原子万形成出饱和铁共价撒键，卧而在位皮错线浪上的速原子摘共价蛋键是湾不饱备和的闻，即赤存在世所谓夕的“疤悬挂僻键”虚。悬挂赞键可嚼以通槽过向咐晶体降释放春电子影或从与晶体票中接芹受电驱子对武晶体刑的电闷学性却质产必生影厘响。四.因位舱错与聋晶体可性质驻的关依系定义社：面缺盟陷为晶体赖内偏杨离周路期性她点阵呢结构家的二乳维缺离陷，主过要有缝层错爪、小敬角晶蓝界、街晶粒民间界新、相汁界等蜻。体缺免陷为晶体渐内部魂偏离遥周期肯性点涝阵结棵构的摩三维填缺陷，主要沟有包泼裹体鼠、空包洞、网夹杂冲物，剂第二敌相团违等。一、疑层错层错是在密排铅晶体中原午子面炸的堆垛偏顺序兔出现竹反常所造沈成的面缺腾陷。前恼面讨勿论晶梨体的演密堆柿积方视式时凡得到史：（1胞）fc晕c晶体羞在平棕行于弄{1碧11务}面盲的原每子排顾列顺定序是AB棕CA纵BC虹AB电C…住…。（2耳）h忧cp晶体舰在平戏行于疑（0似00越1）娃面的该原子晌排列健顺序拣是AB寇AB熊AB时……澡。§4-丹3面缺浩陷与贸体缺归陷若由馋力学截因素惧（如抹变形奔）或爬热力违学因优素（廉加热阵或冷却春）使致堆垛耐顺序滩发生宽局部痒变化凝，形溜成如阵下几痒种新节结构：（1馆）外层题错：插入浴一密挽排层，形我成AB摩CAB火(A)CA滤BC秃……霉。（2嘱）内层揪错：抽去踪蝶一密箭排层，形情成AB肾CABCBCAB匠C…怎…。（3局）孪生：对称闪密排食层，形委成AB驶CA明BC挽ABCA梨CBA颗CB亭A…疮…的排南列。这些磁堆错域了的料新结有构，堤相当磨于在凯面心陈立方稠晶体凳中形荷成了列薄层阀的hc预p（六妻角密祥堆）白晶体随，也春称为堆垛赌层错。这些妈层错拔对晶号体的诊影响陶，仅塞在于忍层错缺面两躬侧的民晶体补结构伏，相妹应于申理想流情况册作了宵一个庆特定菌的非点智阵相格对平复移，这遍种平喝移在木密堆样积结哭构中证并不外改变膛原子况最近领邻的郊关系赠，只产幸生次舍近邻蹈的错佳排，而翼且几乎夫不产将生畸扇变，所裁以是一孕种低能燥量的歼面缺婚陷。除密览堆积更结构轮外，厕其它黑类型颈的晶纺体也值可能片出现快层错丈，如与：金先刚石征结构部和闪创锌矿斤结构元的{骄11全1}析面在茄外延购生长显过程的中，竖将会瓜出现层错（P1桌24，图4-厨15，Si晶体药层错蓬）。二、固体相从蒸肚汽、找溶液烂或熔详体中手结晶悼出来捷时，丝式只有纹在一置定条雄件下景，例误如有废籽晶钩存在雷时，拦才能衔形成疫单晶细，而红大多棒数固跨体属直于多给晶体份。多状晶是携由许盆多小城晶粒秋组成译。这康些小浅晶粒怪本身糟可以兔近似扎看作授单晶穴，且猴在多参晶体吧内做乘杂乱毫排列牌。多晶食体中宵晶粒浊与晶辽粒的荷交界唇区域称为晶粒遍间界，它舌就是币空间咐取向(或位欠向)不同旷的相蹄邻晶齿粒之铸间的甲分界阀面。二、梢晶粒禾间界（或编称晶屑界）晶粒昼间界铃的实复验结洋构模汪型：览（见12状4页图4-奔17）（1）晶对界区尾含有挥不属蓝于任弄何晶偏粒的原子A；（2）含局有同端属于宇两个摸晶粒堵的原子D；（3）含腾有晶叙格受辜压缩谅的区域B；（4）含胶有晶乎格疏闪松的区域C；（5）有们晶格禽基本本不变狠的区域D。晶界犬上的房诚原子跟都处河于畸吹变状脏态，圈具有顿较高弟的能萝量，犯而且价具有晃非晶盟态特尖性：（1）杂正质原专子倾泼向于侵在晶饶界上浑偏聚级和析编出；（2）化望学腐旋蚀或祝蚀刻救现象伙也首附先在塑晶界勤上发功生；（3）原岗子也着较容未易沿段着结群构较镇疏松寄的晶卷粒间瘦界扩狼散，承并且虑在间风界内际容易瓶产生括新固惨相。晶界劈燕对材芝料力柜学性肝质的损影响币：（1）对共丢价键俘陶瓷类，畸积变了惜的晶企界点眠阵排读列使晶车界能沟较高嫂，导板致剪蓬切开亮裂，沉常出圾现沿心晶界得断裂全。（2）对窃离子辩键陶静瓷，慌往往总具有穿晶熄为主臣的断俘裂特漏征，晶界巷有阻史碍裂怀纹扩城散的锡作用。（1）当困取向讽差小兰于1超0˚恐时，脾晶界私称为小角点晶界用；最简盐单的船小角稿晶界钟是对腥称倾散斜晶张界。右刺图是禾简单大立方浅结构引晶体忘中界输面为煤（1跑00随）面殃的倾丢斜晶培界，销相当委于一爸系列卷平行响的、饺伯氏告矢量你在[员10然0]滩方向是上的嫌刃型序位错思线。（2）当什取向丽大于季10黑˚时工晶界纽奉称为大角城度晶句界。（3）实际晨的多栗晶材光料一谨般都菠是大梳角度桨晶界，但恳晶粒串内部段的亚晶故界则机是小辩角晶荷界。晶界峡结构霞和性桥质与扶相邻号晶粒键的取因向差泪有关掩：（4）相示邻位宏错间叼的距还离D与倾够角θ和伯暑氏矢举量的谢模b的关全系：实验娘：用XR含D可测贿定取施向夹李角θ，用饱金相己蚀坑栗法测头定位堪错露峰头间敬距。b1、小概角度跑晶界特征柜：（1）晶构界两蜡侧的溉晶粒恨位向荡差很挠小，可看定成是送一系税列刃澡位错罚排列笔成墙死。（2）晶足界中盟位错慕排列发愈密溜，则肆位向纲差愈辅大。（3）小同角晶脉界具象有阻瓶止原雀子扩传散的会作用钢。实验触表明净：沿着笼垂直洋于一乞个小管角晶迎界中撕的位客错扩找散，饰要比跪平行塌于位僵错的之扩散鸦慢的庸多。并且著通过裹晶界结的扩曾散，兽能控疮制晶晚体中吓某些饥沉淀演反应策的速蜂率。2、大归角度帆晶界特征林：晶界姑两侧富的晶伞粒位管向差俩较大前，不状能用纤位错垃模型攀。关于荐大角做度晶师界的补结构怖说法洁不一粥，晶枣界可夏视为2～3(称5)个原峰子的男过渡伸层，论这部督分的浪原子见排列纱尽管赚有其钉规律焦，但祝排列铺复杂称，暂杯以相魂对无瓦序来是理解到。三、宪相界序面1、相：在物准理化严学中位已有索了明庸确的蓝解释鸣。它妈是指成分颂相同殖、(晶体)结构瓣相同业、有加界面事和其服它部乱分分核开的朋物质姜的均暴匀组亿成部持分。2、相盏界面：两种酬不同民相的奏分界奖面。液肺体的远表面限是液号相和皱气相磁的分别界面面；晶什体的验表面明是晶晶体和舟气相(或液昌相)的分誓界面巡寿；两扔个不缝同的栋固相年之间众的分奶界面起也是床相界旱面，县在我诱们的碌课程们中主奥要是版指后逗者。3、相以界面矩的主晌要特壶性：相界闸面的愿结构课和晶蹄界有状一定破的共浓性，究也有晨一些臣明显照的差驱别。（1）非雷共格揭界面类似桌大角脚度晶纪界，（2）完张全共庸格是阿困难董的，共格舒面两边挂微少秤的差拍别可牢以用铸晶格签的畸象变来扛调整乒，界但面两叫边差景别不政十分堆大时带，将妹可以器补充妹一定薪的位平错来衫协调将，组广成半共档格界独面。无论颈那种及情况僵，界荣面都忌存在滥自己坛的界面藏能，都姻将对材粥料的租结构盖形貌(组织)带来悟明显转的影那响。4、界僻面能定义将：晶界护面上沉的原迎子相泡对正伍常晶券体内燥部的铸原子作而言陶，均设处于鸡较高薄的能犬量状总态，芒其能厦量差灯即为界面卵能。界面翅能与臭结构墙的关树系：5.晶界朱与杂疼质原运子的剖相互扬作用傲（不捞要求轰）在材隙料的很研究盼中，危发现瓶少量获杂质倚或合繁金元评素在辞晶体影内部平的分须布也谎是不姿均匀蚊的，泥它们歉常偏蛾聚于璃晶界敌，称山这种形现象辟为晶界肠内吸墙附。产生两的原悼因可参烛见位冈错与慢点缺就陷的着作用要，一般论杂质个原子界与晶乳体的凡尺寸因或性扶质差已别愈恳大，爱这种踢偏聚拢愈严雁重。杂质尘原子旷在晶四界的效偏聚舅对晶凑体的筐性能节产生道重要联的影挡响，询具体婶的影碰响可基参考犯材料衰性能亮部分征文献气。包裹翼体是销晶体惠生长移过程揭中界馅面所刮捕获餐的夹乳杂物。它是一全种严产重影间响晶才体性汽质的体缺搬陷。产生纤的原俱因：1、可惜能是杆晶体宝原料擦中某一伙过量签组分形成敬的固制体颗踩粒，2、也搬可能拥是晶悟体生叛产过激程中组坩埚态材料带入孔的杂喜质微禾粒。对材咏料性送质的寻影响：1、如猛造成光散霉射，或吸收啄强光户引起针发热从而铜影响誉晶体参的强凶度。2、由窃于包毅裹体费的热碎膨胀测系数印一般莫与晶箱体不悄同，率在单翠晶体携生长胜的冷针却过萌程中会产驻生体欧内应朵力，造成饱大量暑位错群的形爱成。四、正体缺确陷晶体霸中原晃子扩撒散的刮实质撑：晶体攻中的款扩散是原子成在晶纸体中竞的布狱朗运染动。这疑种过微程是随机弯的，但若存狱在浓俯度梯穷度，毒这种步过程旷是定冶向的欧，其结球果是耀导致夺原子扫从高快浓度挺向低宿浓度躬的定译向扩狭散流薪动。晶体把的许久多性毅质及侨物理祸现象亮都与捷扩散道过程徐有关伏。晶体痰中的洁扩散秩类型若：一类欢是外来需杂质原子散在晶薄体中随的扩障散，嚼称为杂质欲原子叼扩散；一类怪是基质黎原子在基板体中府的扩颂散，溜成为自扩编散。扩散竹的前颗提条亡件：扩散井是通茶过点缺项陷的运质动来愉实现讯的，层因此晶体债中点缺泛陷的存在是实凶现扩起散的前提周条件。§4-杨4晶体梁中的济扩散一、僵扩散职的宏变观定随律1.踏费艇克（Fi造ck）方程实验：材料呆：两块滨不同欠的材酷料，条件丝式：（1）适忘当的惹退火就温度届；（2）退少火时乖间足愈够长铲。现象森：由于盯扩散刘，晶符体内鲜部便梅会发稳生物组质的庄流动孝，结控果导腹致浓牢度梯充度降滴低，哀变成成分萍均匀芦的材嘱料，物掉质的树净流雷也就疫停止察。扩散舒可以经分为稳态固和非母稳态奋（考虑缎时间颗因素绩）。在稳四态扩验散中企，扩散随流通急量J是不伴随时叉间变素化的；在非肉稳态勾扩散床中，扩散恨流通习量J是随乔时间挑变化猛的。实验盆表明：如果沉晶体裤中某年种扩且散原饲子的链浓度晨为C(晓x,恒y,芒z,丈t)腊，则在稳岸态扩缓散中莫，扩箱散流娇通量J正比左于扩课散原闭子的园浓度革梯度，这羡个关染系称俱为费克毒第一里定律，数雁学表掌达式鸟为:式中臭：负号表示显扩散草原子破是从秋高浓枕度区饲域向趟低浓睛度区尽域扩险散；D称为断扩散苏系数，其利值与亲材料绍性质砖及温惨度密只切相禾关；C是体沿积浓惕度，即奥单位累体积容中扩笑散原剥子的阀重量包或扩陈散原坊子的千个数。J是扩租散流夹通量，单诵位是析[kg赞/m2·s墓]或[含个/m2·s奸]。（4－25）扩散颈方程违的推也导：在一维膛情况区下，钉考虑出两个戴垂直x轴、春相距dx的单位纷面。通过来平面1的通钩流量予为通过恩平面2的通程流量贸为（4－1）稳态筹扩散揪模型哭：两式量相减捐，并贸除以dx得到狱：是在盟单位像时间困内、蒜第一花平面欠和第银二平遣面之还间单犬位体嫌积内化扩散践物质尿总量谅的变徐化，衬由扩须散的槽连续蓬性，科它等于诞这两爹个平铃面间畏浓度坡变化涨率的拖负值，于是脚有（4－2养）（4-挤26）上式决便是拣在一离维情值况下吴的费克予第二拦定律。如计果该旨式中创的扩大散系饿数D与向x无关，费术克第涨二定寺律又递可表侄示为拴：（4-2蓝7）考虑绿三维赶空间认的扩旦散，办在各向广异性的介巧质中弓，如咏果三初个方现向的店扩散陵系数桂不同浮，则攻上式羊可以捐写成前：（4-2倒8）（4-距26）式舒也可箱作如酷下推观导：由连蜂续性腰方程乞（设D是常蹄数，慌即与架位置房诚、浓物度无仍关）一维担情况钞下2.终费滋克方耀程的莫解仅讨匀论在贺一维漠情况石下，喝且D与C无关神时，弟稳态欠和非董稳态采的两冶种解犯。（1刮）稳毅态扩居散如果盼样品让的一尼边保号持比复较高刮的气算压，激而另越一边驴的气压娃比较得低，忍经过勒足够枪长的特时间耍后，伸扩散简可以算达到稳定姐状态搬，即鱼单位肆时间奔内，贡从高翅压方棋向进爽入样刃品的气体逼量等片于从踢低压骡方向构离开要的量左，并不摩随时搜间改遭变。这时残扩散箱进入夜样品清内部独各点礼的气屿体浓钩度也促将和侄时间掏无关，拘即式特（4-跌27）费俭克第辽二定汁律中并得核到（4-3遗0）如果呼厚度厅为d的晶棉体薄嫌片与x轴垂洽直,边界孙条件告成为论：x＝0处，C=傻C0;x＝d处，C=Cd;且悼，解辉（4-蝴30）式脾得到（4-3余1）这便掌是在芬稳态助情况俯下晶齿体薄游片中僵任意移点处矩的浓诸度。（2）非差稳态艰扩散凉：常采杆用两糖种边猎界条著件。（a）恒定其源扩雨散具有当一定起数量逮的原火子Q，由晶啦体表摊面向宴内部旬扩散悉，在t=捎0时有酷：x=0，C0=粮Qx0，C(x)强=醉0当t>0时，间由晶闪体表计面扩昂散到名内部吼的原口子总疑数为Q，即牢。在计此边羞界条遍件下灵解式韵（4-束27）得（4-翅32）（b）恒定饮表面讯浓度嗓的扩抱散在扩增散过洁程中条，晶体切表面略的扩康散原参子浓墙度C0保持鲜不变，其朵边界供条件龄可以诱表示惹成J据此呀边界召条件画，解阻式（4-浊27）得0x式中赚是堆积分含变量伤，如感果令耍，得（4版-1提0）其中后：式中既：姿称为余误蜘差函娃数(又杨称高莲斯误扎差函渐数）候，它洗在扩冲散、隔热传艇导等英问题招中常亦用到。（4-拦33）余误宋差函需数表Zerf(Z)Zerf(Z)001.20.91030.10.11251.50.96610.50.52052.00.99531.00.84272.40.9993由表冰可知哗，当刑时蛙，C(x,t)=C0(1-0.碧52单05探)≈0.病5C0由买可华以估深计原色子平姨均迁牛移距边离的渠数量昆级。如轿果对哲固体半掺入鼻某种检扩散眠元素度，那鸡么就是但掺杂澡层厚贡度的书数量架级，迫故又称雾为扩散绪深度。在不继同温库度下失测定雕，沙可以择得到甲扩散中系数美和温笋度T的经抽验关画系式顷为：式中丹：D0称为冤晶格暴振动君的频薪率因仍子，是与句扩散杯微观扰机制乒相关床的激悔活能鞋。（4-野43）扩散润产生佛的本熔质：晶体惊中的收原子骑以它哗的平天衡位缩慧