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1、第二章第二章晶体结构缺陷晶体结构缺陷 n2.1晶体结构缺陷的类型晶体结构缺陷的类型n2.2点缺陷点缺陷n2.3线缺陷线缺陷n2.4面缺陷面缺陷n2.5固溶体固溶体n2.6非化学计量化合物非化学计量化合物缺陷的含义缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的的畸变称为晶体的结构缺陷结构缺陷。理想晶体理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。：存在着各种各样的结构的不完整性。缺陷对材料性能的影响缺陷对材料性能的影响晶体结构缺陷的类型晶体结构缺陷的类型 分类方式：分类方式：几何形态几
2、何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等点缺陷、线缺陷、面缺陷等形成原因形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等一、按缺陷的几何形态分类一、按缺陷的几何形态分类1.点缺陷点缺陷2.线缺陷线缺陷3.面缺陷面缺陷4.体缺陷体缺陷1.点缺陷（零维缺陷）点缺陷（零维缺陷）缺缺陷陷尺尺寸寸处处于于原原子子大大小小的的数数量量级级上上，即即三三维维方向上缺陷的尺寸都很小。方向上缺陷的尺寸都很小。包包 括括 ： 空空 位位 （ vacancy） 、 间间 隙隙 质质 点点（ interstitialparticle） 、 杂杂 质质 质质 点点（foreignparticle）
3、，如），如图图2-1所示。所示。点点缺缺陷陷与与材材料料的的电电学学性性质质、光光学学性性质质、材材料料的的高温动力学过程等有关。高温动力学过程等有关。光照光照npnp+_En区空穴区空穴P区电子区电子光生伏特效应光生伏特效应图图2-1晶体中的点缺陷晶体中的点缺陷(a)空位空位(b)杂质质点杂质质点(c)间隙质点间隙质点2.线缺陷（一维缺陷）线缺陷（一维缺陷）指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错位错（
4、dislocation），），如如图图2-2所示。所示。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。密切相关。图图2-2 (a) 刃位错刃位错(b)螺位错螺位错 (a) (b)3.面缺陷面缺陷面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂
5、韧性有面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。关。图图2-3面缺陷晶界面缺陷晶界图图2-4面缺陷堆积层错面缺陷堆积层错面心立方晶体中的抽出型层错面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错和插入型层错(b)图面缺陷共格晶面图面缺陷共格晶面面心立方晶体中面心立方晶体中111面反映孪晶面反映孪晶二、按缺陷产生的原因分类二、按缺陷产生的原因分类1.热缺陷热缺陷2.杂质缺陷杂质缺陷3.非化学计量缺陷非化学计量缺陷4.其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等1.热缺陷热缺陷 定义定义:热缺陷亦称为热缺陷亦称为本征缺陷本征缺陷，是指由热起伏的，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质
6、点（原子或离子）。原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。类型类型:弗仑克尔缺陷（弗仑克尔缺陷（Frenkeldefect）和肖特）和肖特基缺陷（基缺陷（Schottkydefect）热缺陷浓度与温度的关系热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷温度升高时，热缺陷浓度增加浓度增加图图2-6热缺陷产生示意图热缺陷产生示意图（a）弗仑克尔缺陷的形成）弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质点成对出现）（空位与间隙质点成对出现）（b）单质中的肖特基缺陷的）单质中的肖特基缺陷的形成形成2.杂质缺陷杂质缺陷定义定义:亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。所产生的缺
7、陷。特征特征:如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。杂质缺陷对材料性能的影响杂质缺陷对材料性能的影响3.非化学计量缺陷非化学计量缺陷定义定义:指组成上偏离化学中的定比定律所形成的指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。如生交换而产生。如Fe1xO、Zn1+xO等晶体中等晶体中的缺陷。的缺陷。特点特点:其化学组成随周围其化学组成随周围气氛的性质气氛的性质及其及其分压大分压大小小而变化。是一种半导体材料。而变化。是一种半导体材料。4. 其它原因，如电荷缺陷，辐照其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等缺陷等
