1、1/27/2023 6:13:52 PM北京航空航天大学研究生课程北京航空航天大学研究生课程高等固体物理高等固体物理Advanced Solid State Physics授课人：教学要求与目的：掌握目前关于结晶型固态物质内部结构的基本理论；掌握结晶学方向的一些基本思考方法；了解晶体学知识配合其他研究领域的分析原理。高等固体物理高等固体物理课程教材及主要参考书：课程教材及主要参考书：1、黄昆原著，韩汝琦改编、黄昆原著，韩汝琦改编,固体物理固体物理，高教出版社，高教出版社，19882、郑子樵等编著，材料科学基础，中南大学出版社，、郑子樵等编著，材料科学基础，中南大学出版社，20133、徐婉棠，吴
2、英凯编、徐婉棠，吴英凯编,固体物理学固体物理学，北师大出版社，北师大出版社，2002晶体结构、缺陷和扩散晶体结构、缺陷和扩散1、晶体的结构2、晶体缺陷的类型3、晶体中的扩散目录（contents）1.1 晶体的周期性晶体的周期性理想晶体：理想晶体：可看成是由完全相同的基本结构单（基元）可看成是由完全相同的基本结构单（基元）在空间作在空间作重复周期性无限排列重复周期性无限排列构成。构成。1、布拉伐格子、布拉伐格子 格点格点：代表代表基元基元中中空间位置空间位置的点的点称为格点一切格点是等价的称为格点一切格点是等价的每个每个格点的周围环境相同格点的周围环境相同因为一切基因为一切基元的组成、位相和取
3、向都相同元的组成、位相和取向都相同!单个原子、离子或单个原子、离子或若干个原子的集团若干个原子的集团一、晶体的结构 用用一个点一个点 来代表基元中的空间位置（例如：基来代表基元中的空间位置（例如：基元的重心），这些呈周期性无限分布的几何点的集元的重心），这些呈周期性无限分布的几何点的集合形成的空间点阵。合形成的空间点阵。等价数学定义：等价数学定义：中取一切整数值中取一切整数值 所确定的点的集合称为布拉伐格子。所确定的点的集合称为布拉伐格子。332211alalalRl布拉伐格子布拉伐格子+基元基元=晶体结构晶体结构晶格点阵=布拉伐格子注意事项：注意事项：1）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的；
4、）一个布拉伐格子基矢的取法不是唯一的；格矢量格矢量：在布拉伐格子中取：在布拉伐格子中取格点为原点，格点为原点，它至其他格它至其他格点的矢量点的矢量 称为称为格矢量。格矢量。可表示为可表示为 ，为一组为一组基矢。基矢。332211alalalRl321,aaalR1234二维布拉伐格子几种可能的基矢2）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子。）不同的基矢一般形成不同的布拉伐格子。2、晶胞晶胞(单胞单胞)：为反映晶格的对称性，在结晶学中选择：为反映晶格的对称性，在结晶学中选择较大较大 的周期单元的周期单元 晶体学原胞。晶体学原胞。：沿晶胞的三个棱所作的三个矢量，常：沿晶胞的三个棱所作的三个矢量，常 用
5、用 表示。表示。cba,：指晶胞的边长。：指晶胞的边长。固体物理学原胞固体物理学原胞:最小重复单元最小重复单元只反映周期性只反映周期性()晶体学原胞晶体学原胞:反映反映周期性周期性和和对称性对称性（)接下来的接下来的内容内容晶体晶体中一种质点中一种质点(黑点黑点)和周围的另一种质点和周围的另一种质点(小圆圈小圆圈)的排列是一的排列是一样的，这种规律叫做近程规律或样的，这种规律叫做近程规律或短程有序短程有序。晶体这种在图形中贯彻始终的规律称为远这种在图形中贯彻始终的规律称为远程规律或程规律或长程有序长程有序微米量级微米量级晶体中既存在短程有序又存在长程有序晶体中既存在短程有序又存在长程有序!每种
6、质点每种质点(黑点或圆圈黑点或圆圈)在整个在整个图形中各自都呈现规律的周期图形中各自都呈现规律的周期性重复。把周期重复的点用直性重复。把周期重复的点用直线联结起来，可获得平行四边线联结起来，可获得平行四边形网格。形网格。非晶体非晶体中，质点虽然可以是近程有序的中，质点虽然可以是近程有序的(每一黑点为三个每一黑点为三个圆圈围绕圆圈围绕)，但不存在长程有序。但不存在长程有序。非晶体非晶体液体和非晶体中的液体和非晶体中的短程有序短程有序：1.1.参考原子第一配位壳层的结构参考原子第一配位壳层的结构有序化，其范围为有序化，其范围为0.350.4nm0.350.4nm以以内；内；2.2.基于径向分布函数
7、上可以清晰基于径向分布函数上可以清晰的分辨出第一峰与第二峰，有明的分辨出第一峰与第二峰，有明确的最近邻和次近邻配位层，其确的最近邻和次近邻配位层，其范围一般为范围一般为0.3 0.5nm0.3 0.5nm。3、晶格原胞、晶格原胞：以以3个基矢为棱边构成的个基矢为棱边构成的平行六面体平行六面体就是原胞。就是原胞。它是晶体中它是晶体中最小的平行六面体重复单元最小的平行六面体重复单元，也称为固体，也称为固体物理学原胞。物理学原胞。所有晶格的共同特点所有晶格的共同特点具有具有周期性周期性（平移对称性平移对称性）用原胞和基矢来描述用原胞和基矢来描述描描述述方方式式位置坐标描述位置坐标描述2a3a3a2a
8、 三维晶格原胞的体积三维晶格原胞的体积 为：为：二维晶格原胞的面积二维晶格原胞的面积 S 为：为：21aaS一维晶格原胞的长度一维晶格原胞的长度 L 为最近邻布拉伐格点的间距。为最近邻布拉伐格点的间距。321.aaa 原胞的取法原胞的取法不是唯一的不是唯一的（基矢取法的非唯一性）；（基矢取法的非唯一性）；平行六面体形原胞平行六面体形原胞 固体物理学原胞，有时难固体物理学原胞，有时难 反映晶格的全部宏观对称性反映晶格的全部宏观对称性魏格纳魏格纳-塞茨原胞。塞茨原胞。Wigner-Seitz原胞（对称原胞）：原胞（对称原胞）：与基矢的选择没有关系，且与基矢的选择没有关系，且能反应晶体的宏观对称性。
9、能反应晶体的宏观对称性。选定一格点为中心，作该点与选定一格点为中心，作该点与最邻近格点的中垂面，中垂面所围成的多面体。最邻近格点的中垂面，中垂面所围成的多面体。Wigner-SeitzWigner-Seitz原胞原胞晶面晶面晶面晶面晶面晶面晶面晶面1.它是体积最小的重复单元它是体积最小的重复单元,具有具有Bravais格子的全部格子的全部 宏观对称性宏观对称性2.每个原胞只包含一个格点每个原胞只包含一个格点 魏格纳魏格纳-塞兹原胞塞兹原胞的的格点位于原胞中央；格点位于原胞中央；平行六面体形原胞平行六面体形原胞的的8个格点位于平行六面体的个格点位于平行六面体的8个个 顶角，每个格点为顶角，每个格
10、点为8个原胞所共有个原胞所共有 每个原胞平每个原胞平 均包含一个格点。均包含一个格点。晶格分类晶格分类性质：性质：每个原胞有每个原胞有一个一个原子原子 所有原子完全所有原子完全“等价等价”；举例：举例：具有具有体心立方体心立方晶格的碱金属晶格的碱金属;具有具有面心立方面心立方结构的结构的 Au,Ag,Cu 晶体。晶体。CsCl 结构结构NaCl晶格结构的典型单元晶格结构的典型单元性质性质：每个原胞包含每个原胞包含两个或更多两个或更多的原子的原子 实际上表实际上表示晶格包含两种或更多种等价的原子或离子。示晶格包含两种或更多种等价的原子或离子。结构结构：每一种等价原子形成一个简单晶格每一种等价原子
11、形成一个简单晶格;不同等价原子形成的简单晶格是相同的。不同等价原子形成的简单晶格是相同的。由若干个相同的由若干个相同的相对错位套构而成相对错位套构而成用坐标位置表示用坐标位置表示简单晶格简单晶格：每个原子的位置坐标：每个原子的位置坐标：332211alalal321,aaa为晶格基矢为晶格基矢321,lll为一组整数为一组整数每个原子的位置坐标：每个原子的位置坐标：复式晶格复式晶格：332211alalalri,.,2,1 :原胞内各种等价原子之间的相对位移原胞内各种等价原子之间的相对位移ar位置坐标描述晶格周期性：位置坐标描述晶格周期性：面心立方位置的原子面心立方位置的原子 B 表示为：表示
12、为：332211alalal立方单元体内对角线上的原子立方单元体内对角线上的原子 A 表示为表示为:332211alalal其中其中 为为 1/4 体对角线体对角线金刚石晶格结金刚石晶格结构的典型单元构的典型单元构成构成：由面心立方单元的：由面心立方单元的中心到顶中心到顶角角引引8条对角线，在其中条对角线，在其中互不相邻的互不相邻的4 4条对角线的中点条对角线的中点，各加一个原，各加一个原子子 得到金刚石晶格结构！得到金刚石晶格结构！特点特点：每个原子有：每个原子有4 4个最近邻个最近邻，它，它们正好在们正好在正四面体正四面体的顶角位置。的顶角位置。几种简单晶型的原子排列性质：几种简单晶型的原
13、子排列性质：晶体中原子排列的晶体中原子排列的紧密程度与晶体结构紧密程度与晶体结构类型有关，为了定类型有关，为了定量地表示原子排列地紧密程度，通常采用量地表示原子排列地紧密程度，通常采用配位数配位数和和致密度致密度这这两个参数。两个参数。配位数配位数(CN):在晶体中与某一个原子在晶体中与某一个原子距离最近距离最近而且而且距离相距离相等等的原子个数。的原子个数。致密度致密度(K)：晶体结构中原子的体积占总体积的百分数。晶体结构中原子的体积占总体积的百分数。在一个晶胞中，即在一个晶胞中，即式中，式中，n为原子数，为原子数，v为原子体积，为原子体积，V为晶胞体积。为晶胞体积。晶胞中的晶胞中的原子个数
14、原子个数可以按照公式计算，可以按照公式计算，式中，式中，、和和 为晶胞内、晶胞面和晶胞角上质点数。为晶胞内、晶胞面和晶胞角上质点数。（1）简单立方）简单立方(SC)1.配位数配位数：每个原子的上下左右前后各有一个最近邻原每个原子的上下左右前后各有一个最近邻原 子子 配位数为配位数为6;2.堆积方式堆积方式：每一层原子按照每一层原子按照“自下而上自下而上”在在同一位置同一位置 以以同等间距同等间距累堆累堆;3.原胞原胞：简单立方格子的立方单元是最小的周期性单元；简单立方格子的立方单元是最小的周期性单元；选取其本身为原胞选取其本身为原胞4.晶格的三个基矢晶格的三个基矢：kaajaaiaa321a
15、为晶格常数为晶格常数（2）面心立方）面心立方(FCC)1.配位数配位数：每个原子在每个原子在 上、下平面位置对角线上各有四上、下平面位置对角线上各有四 个最近邻原子个最近邻原子 配位数为配位数为12；2.堆积方式堆积方式：以以ABC ABC ABC方式推积方式推积,是一种最是一种最 紧密的排列方式，紧密的排列方式，常称为立方密排晶格；常称为立方密排晶格；3.原胞原胞：由一个由一个立方体顶点立方体顶点到到三个近邻的面心三个近邻的面心引晶格基矢引晶格基矢 ，得到以这三个晶格基矢为边的原胞。，得到以这三个晶格基矢为边的原胞。4.晶格的三个基矢晶格的三个基矢：ikaakjaajiaa222321面心立
16、方晶格的堆积方式面心立方晶格的堆积方式1a2a3a面心立方晶格的原胞面心立方晶格的原胞5.原胞的体积原胞的体积：fccaaaa4143321原胞原胞fccaaaa4143321原胞原胞fccaaaa4143321原胞原胞典型晶体：典型晶体：Cu、Ag、Au、Ca、Sr、Al、（3）体心立方）体心立方(BCC)1.配位数配位数：每个原子都可作为体心原子，分布在八个结点每个原子都可作为体心原子，分布在八个结点 上的原子都是其最近邻上的原子都是其最近邻 原子原子,CN=8；2.堆积方式堆积方式：正方排列原子层之间的堆积方式表为正方排列原子层之间的堆积方式表为 AB AB AB 原子球不是紧密在一起；
17、原子球不是紧密在一起；3.原胞原胞：由一个由一个立方体顶点立方体顶点到最近的到最近的三个体心得三个体心得到晶格基到晶格基 矢矢,以它们为棱形成的平行六面体构成原胞。以它们为棱形成的平行六面体构成原胞。4.晶格的三个基矢晶格的三个基矢：kjiaakjiaakjiaa2223215.原胞的体积原胞的体积：体心立方晶格的堆积方式体心立方晶格的堆积方式体心立方晶格的原胞体心立方晶格的原胞1a2a3abccaaaa2123321原胞原胞bccaaaa2123321原胞原胞bccaaaaV2123321原胞原胞bcc 的一个立方单元体积中，包含两个原子的一个立方单元体积中，包含两个原子,此原胞中只含此原胞
18、中只含有一个原子有一个原子 其为最小周期性单元其为最小周期性单元。（4）体心立方）体心立方(BCC)1.配位数配位数：理想情况理想情况 所有相邻原子之间的距离相等。所有相邻原子之间的距离相等。轴比轴比 配位数为配位数为12；2.堆积方式堆积方式：AB AB AB，上、下两个底面为，上、下两个底面为A层，层，中间的三个原子为中间的三个原子为 B 层；层；3.原胞原胞：密排面内，互成密排面内，互成120角，角，沿垂直密排沿垂直密排 面的方向构成的菱形柱体面的方向构成的菱形柱体。633.13/8/ac21,aa3ahcp的配位数为的配位数为12.(6+3+3)典型晶体：典型晶体：Mg、Zn、Ti、B
19、e、Cd 六角密排晶格的堆积方式六角密排晶格的堆积方式六角密排晶格结构的典型单元六角密排晶格结构的典型单元ABca六角密排晶格结构的原胞六角密排晶格结构的原胞1a2a3a A A层内原子的上、下各层内原子的上、下各3 3个最近个最近邻原子所分别形成的正三角形的空间邻原子所分别形成的正三角形的空间取向，不同于取向，不同于B B面内原子的上、下各面内原子的上、下各3 3个最近邻原子所分别形成的正三角个最近邻原子所分别形成的正三角形的空间取向。形的空间取向。A 层层B 层层由分别位于由分别位于A A层与层与B B层的简层的简单六角格子沿单六角格子沿OOOO方向穿方向穿套而成！套而成！4 注意注意:A
20、 层中的原子层中的原子 B 层中的原子层中的原子 复式晶复式晶格。格。1.2 晶体的晶向、晶列和晶面晶体的晶向、晶列和晶面布拉伐格子中，所有格点可以分列在一布拉伐格子中，所有格点可以分列在一 系列相互平行的直线系上，这些直线系称系列相互平行的直线系上，这些直线系称 为为晶列。晶列。332211alalal321ll l321ll l111:111:111 l :k :h 332211332211332211yxyxyxzxzxzxzyzyzymnp222)(lkhadhkl222)(2lkhadhkl1.3 倒格子倒格子rk为什么要引入倒格子？为什么要引入倒格子？一个三维周期性势场中的势能一个
21、三维周期性势场中的势能u(r)（周期为（周期为T=n1a1+n2a2+n3a3），可表示为），可表示为，u(r)=u(r+T)r是实数自变量，可以用来表示三维实空间的坐标。是实数自变量，可以用来表示三维实空间的坐标。那么如果将那么如果将u(r)展开成傅立叶级数，其形式为：展开成傅立叶级数，其形式为：u(r)=G uG exp(iGr)G是与实空间中的周期性矢量是与实空间中的周期性矢量T相关联的一组矢量相关联的一组矢量。如果把晶体点阵本身理解为如果把晶体点阵本身理解为周期函数周期函数，则倒易点阵就，则倒易点阵就是晶体点阵的是晶体点阵的傅立叶变换傅立叶变换，所以倒易点阵也是晶体结构周，所以倒易点阵
22、也是晶体结构周期性的期性的数学抽象。数学抽象。321a ,a ,a332211la a aRlll213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab321aaa321,bbb332211321bhbhbhGhhh321,hhh。321hhhG3,2,1,0,22jijijibaijji。321hhhG倒格矢量倒格矢量2132
23、12131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab313233211312133233211332321222222aaaaaaaaaaaaaaaaaaabbb313233211312133233211332321222222aaaaaaaaaaaaaaaaaaabbb31323321131213323321133232122222
24、2aaaaaaaaaaaaaaaaaaabbb313233211312133233211332321222222aaaaaaaaaaaaaaaaaaabbb313233211312133233211332321222222aaaaaaaaaaaaaaaaaaabbb布里渊区布里渊区1.布里渊区布里渊区的定义和确定方法的定义和确定方法 对于给定的晶格对于给定的晶格321,aaa321,bbb正格子基矢正格子基矢 倒格子基矢倒格子基矢 332211321bhbhbhGhhh由由 确定确定该晶格的倒格子该晶格的倒格子被上述平面所包围的围绕被上述平面所包围的围绕原点原点的最小区域称为第一的最小区域称为
25、第一布里渊区，也称为布里渊区，也称为简约布里渊区简约布里渊区。以任一倒格点为原点，作所有倒格矢以任一倒格点为原点，作所有倒格矢 的的垂直垂直 平分面平分面，这些平面将倒格子空间分割为许多区域。这些平面将倒格子空间分割为许多区域。nGiaaiab2O一维晶格点阵一维晶格点阵aOb倒格子点阵倒格子点阵-/a/ajiaaaa21和jabiab2221和；简单立方的倒格子仍为简单立方的倒格子仍为简单立方结构简单立方结构；体心立方体心立方 格子的倒格子具有格子的倒格子具有 面心立方面心立方结构结构；面心立方面心立方格子的倒格子具有格子的倒格子具有 体心立方体心立方结构结构;即即 bcc 与与 fcc 互
26、为正倒格子互为正倒格子。倒格子倒格子布里渊区布里渊区32ikaakjaajiaa222321三个基矢三个基矢213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaab213212131332113232321321222222aaaaaaabaaaaaaabaaaaaaabkjiabkjiabkjiab222321面心立方面心立方格子格子的倒格子具有的倒格子具有 体心立方体心立方结构结构!完美晶体完美晶体组成晶体的所有原子或离子都排列在晶
27、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：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。二、晶体缺陷的类型一、点缺陷一、点缺陷 指晶体中的填隙原子填隙原子、空位空位、俘获电子的空位俘获电子的空位、杂质原子杂质原子等。这些缺陷约占一个原子尺寸，引起晶格周期
28、性在一到几个原胞范围内发生紊乱。点缺陷点缺陷是晶体中以空位空位、间隙原子间隙原子、杂质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。偏离严格周期性而形成的畸变区域。它是由晶它是由晶体的热振动而产生。体的热振动而产生。1、弗仑克尔（、弗仑克尔（Frenkel）缺陷）缺陷弗仑克尔缺陷是成成对对产生的。空位和填隙原子是原子热运动引起的，又称为。正常格点上的原子，由于存在热振动涨落，振幅大的原子就会摆脱平衡位置而进入原子间隙位置，而在原来位置留下空穴。弗仑克尔缺陷填隙原子空位2、肖特基（、肖特基（Schottky）缺陷）缺陷表面上的原子最表面上的原子
29、就位移到一个新的位置。晶体内这种不不伴随填隙原子产生的空位，伴随填隙原子产生的空位，称作肖特基缺陷肖特基缺陷。肖特基缺陷 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，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，。ABCD正常原子格点位置变为空位3、替位式杂质原子、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，常常有目的加入少量杂质原子，常常有目的加入少量杂质原子，使其形成替位式杂替位式杂质质。在Pb(ZrxTi1-x)O3铁电陶瓷中加入La、Nd、Bi等“软性”物质，这些原
30、子占据Pb的位置，提高该铁电 材 料 的 介 电 常 数，降 低 其 机 械 品 质 因 数Qm（mechanical quanlity factor）：压电振子在谐振时储存的机械压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比能与在一个周期内损耗的机械能之比。添加Fe、Co、Mn等“硬性”添加物后，这些原子占据Zr或Ti的格点，显著提高该铁电材料的机械品质因数。点缺陷的数目与晶体的原子数目相比是一个很小的数，但其绝对数目也是很大的。采用热力学统计物理方法研究。热力学系统中任一因素的变化，都将引起自由能的变化，热平衡时自由能最小。F=U-TS热力学系统的自由能为系统平衡时自由能最小系
31、统平衡时自由能最小U：晶体内能：晶体内能S：熵：熵1.内能增大内能增大 晶格畸变，晶体内原子间相互作用能增大2.系统的熵也变大系统的熵也变大 点缺陷破坏了晶格周期性，晶格微观状态数目增加3.平衡时自由能达到最小平衡时自由能达到最小 两个因素相互制约4.系统的自由能是点缺陷数目的函数系统的自由能是点缺陷数目的函数0)(TnF可求出热缺陷的数目平衡时系统的自由能最小平衡时系统的自由能最小点缺陷数目的求法点缺陷数目的求法 当晶体有热缺陷时当晶体有热缺陷时 F=U-TS设晶体中有设晶体中有N+n个格点，个格点，n个空位，每个空位的形成能个空位，每个空位的形成能为为u1。则：。则：!)!(ln !)!(
32、ln !)!(11nNnNTknuFSTUFTSUFnNnNkSnNnNCnNnuUBBnnN系统自由能的改变导致熵的增加量的排列方式为个格点，因而N个原子整个晶体包含，其内能增加晶体中存在n个空位时B TkuTkuBTBBNeenNnnnNTkunF/111)(0)(ln0 ：晶体中的空位数为于是有与n有关，平衡条件，且只有F根据自由能取极小值的 )(ln)ln(x!d 斯特令公式斯特令公式时：时：xdxx )!(!nmnmCnm 二二、线缺陷、线缺陷 线缺陷线缺陷晶体内部偏离周期性点阵结构的一维缺陷。晶体中最重要的一种线缺陷是位错。位错在晶体中最重要的一种线缺陷是位错。位错在晶体的晶体的范
33、性与强度、断裂、相变范性与强度、断裂、相变以及其他结构敏感性问题中起以及其他结构敏感性问题中起着重要作用。着重要作用。位错位错在三维空间的一个方向上的尺寸很大在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量晶粒数量级级)，另外两个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小原子尺寸大小)的晶体的晶体缺陷缺陷。一、位错的基本类型一、位错的基本类型 位错是晶体结构中的一种缺陷，也可以说是原子排位错是晶体结构中的一种缺陷，也可以说是原子排列的一种特殊组态。位错最简单、最基本的类型是列的一种特殊组态。位错最简单、最基本的类型是“刃刃位错位错”和和“螺位错螺位错”。将晶体的上半部分向右移动一个原子
34、间距，再按原子的将晶体的上半部分向右移动一个原子间距，再按原子的结合方式连接起来结合方式连接起来(见见b图图)。除分界线附近的一管形区域例。除分界线附近的一管形区域例外，其他部分基本都是完好的晶体。在分界线的上方将多外，其他部分基本都是完好的晶体。在分界线的上方将多出半个原子出半个原子面，面，这就是这就是刃型位错。刃型位错示意图刃型位错示意图 若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距，再按原若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距，再按原子的结合方式连接起来，同样除分界线附近的一管形区子的结合方式连接起来，同样除分界线附近的一管形区域例外，其他部分基本也都是完好的晶体。而在分界线域例外，其他部分基
35、本也都是完好的晶体。而在分界线的区域形成一螺旋面，这就是的区域形成一螺旋面，这就是螺型位错。螺型位错示意图螺型位错示意图位错的运动位错的运动面缺陷在上一章的晶界课程中已经学面缺陷在上一章的晶界课程中已经学习，不再赘述！习，不再赘述！3.1 晶体中的扩散晶体中的扩散三、晶体中的扩散 晶体中原子扩散的实质：晶体中原子扩散的实质：晶体中的扩散是原子在晶体中的布朗运动。晶体中的扩散是原子在晶体中的布朗运动。这种过程是随这种过程是随机的，但机的，但若存在浓度梯度，这种过程是定向的，若存在浓度梯度，这种过程是定向的，其结果是导其结果是导致原子从高浓度向低浓度的定向扩散流动。晶体的许多性质致原子从高浓度向低
36、浓度的定向扩散流动。晶体的许多性质及物理现象都与扩散过程有关及物理现象都与扩散过程有关。晶体中的扩散类型：晶体中的扩散类型：一类是一类是外来杂质外来杂质原子在晶体中的扩散，称为原子在晶体中的扩散，称为杂质原子扩散；杂质原子扩散；一类一类是是基质原子基质原子在基体中的扩散，成为在基体中的扩散，成为自扩散。自扩散。扩散的前提条件：扩散的前提条件：扩散是通过扩散是通过点缺陷点缺陷的运动来实现的，因此的运动来实现的，因此晶体中点缺陷的晶体中点缺陷的存在是实现扩散的前提条件。存在是实现扩散的前提条件。费克扩散定律费克扩散定律费克扩散定律的解费克扩散定律的解1/27/2023 6:14:04 PMThanks for Thanks for listening!listening!
