晶体缺陷的名词解释
晶体缺陷-位错的基本类型与特征
混合位错
总结词
混合位错是一种同时具有刃型和螺旋型 特征的晶体缺陷，其特征是晶体中某处 的原子既发生了平移又发生了螺旋式的 位移。
VS
详细描述
混合位错是刃型位错和螺旋位错的组合体 ，其原子位移同时包含了平移和螺旋式的 位移。混合位错通常出现在晶体的复杂区 域，如晶界、相界等。由于混合位错同时 具有刃型和螺旋型位错的特征，其对晶体 的性能影响也较为复杂，需要进行深入研 究。
滑移与攀移
在切应力作用下，位错能够沿滑移面整列移动，称为滑移； 而垂直于滑移面方向的移动称为攀移。这两种运动方式是 位错在塑性变形中的重要表现。
应变梯度与几何必须位错
当材料的局部区域发生不均匀变形时，会产生应变梯度， 进而促使位错的形成和运动，以协调这种不均匀变形。
位错与材料疲劳断裂
01
疲劳裂纹的萌生与扩展
强化机制
加工硬化
在塑性变形过程中，位错的运动和交 互作用导致材料逐渐变硬，即加工硬 化。这是金属材料常用的强化手段。
通过引入位错，可以增加材料的内应 力，从而提高其屈服强度。这种强化 机制称为位错强化。
位错与材料塑性变形
塑性变形机制
位错在受力时能够运动，从而改变材料的形状。这种运动 机制是金属等材料发生塑性变形的内在原因。
在循环载荷作用下，位错容易在材料的应力集中区域（如晶界、相界或
表面）聚集，形成位错塞积群，进而导致疲劳裂纹的萌生。裂纹的扩展
通常沿特定晶体学平面进行。
02
影响疲劳性能的因素
位错的运动和交互作用对疲劳裂纹的萌生和扩展具有重要影响，进而影
响材料的疲劳性能。例如，材料的抗疲劳性能可以通过引入阻碍位错运
动的合金元素来改善。
晶体缺陷的分类
《材料科学基础》名词解释
《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。
第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。
4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。
5、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。
大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。
第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。
2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。
3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。
4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。
晶体结构缺陷的类型
二 按缺陷产生旳原因分类
晶体缺陷
辐照缺陷 杂质缺陷
电荷缺陷 热缺陷 非化学计量缺陷
1. 热缺陷
定义:热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏旳原因所产生 旳空位或间隙质点（原子或离子）。
类型:弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖特基缺陷 （Schottky defect）
T E 热起伏(涨落) 原子脱离其平衡位置
面缺陷旳取向及分布与材料旳断裂韧性有关。
面缺陷－晶界
晶界示意图
亚晶界示意图
晶界: 晶界是两相邻晶粒间旳过渡界面。因为相邻晶粒 间彼此位向各不相同，故晶界处旳原子排列与晶内不同， 它们因同步受到相邻两侧晶粒不同位向旳综合影响，而做 无规则排列或近似于两者取向旳折衷位置旳排列，这就形 成了晶体中旳主要旳面缺陷。
-"extra" atoms positioned between atomic sites.
distortion of planes
selfinterstitiallids
Two outcomes if impurity (B) added to host (A):
• Solid solution of B in A (i.e., random dist. of point defects)
OR
Substitutional alloy (e.g., Cu in Ni)
Interstitial alloy (e.g., C in Fe)
Impurities in Ceramics
本章主要内容：
§2.1 晶体构造缺陷旳类型 §2. 2 点缺陷 §2.3 线缺陷 §2.4 面缺陷 §2.5 固溶体 §2.6 非化学计量化合物
晶体中的缺陷
第三章晶体中的缺陷第一节概述一、缺陷的概念大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构型被人们最早认识。
因此目前(至少在80年代以前>人们理解的“固体物理”主要是指晶体。
当然这也是因为客观上晶体的理论相对成熟。
在晶体理论发展中，空间点阵的概念非常重要。
空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点，格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想，它是对晶体原子排列的抽象。
空间点阵在晶体学理论的发展中起到了重要作用。
可以说，它是晶体学理论的基础。
现代的晶体理论基于晶体具有宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。
严格地说对称性是一种数学上的操作，它与“空间群”的概念相联系，对它的描述不属本课程内容。
但是，从另一个角度来理解晶体的平移对称性对我们今后的课程是有益的。
所谓平移对称性就是指对一空间点阵，任选一个最小基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。
考虑二维实例，如图3-1所示。
图3-1 平移对称性的示意图在上面的例子中，以一个基元在二维方向上平移完全能复制所有的点，无一遗漏。
这种情况，我们说具有平移对称性。
这样的晶体称为“理想晶体”或“完整晶体”。
图3-2 平移对称性的破坏如果我们对上述的格点进行稍微局部破坏，那么情况如何?请注意以下的复制过程，如图3-2所示。
从图中我们看出：因为局部地方格点的破坏导致平移操作无法完整地复制全部的二维点阵。
这样的晶体，我们就称之为含缺陷的晶体，对称性破坏的局部区域称为晶体缺陷。
晶体缺陷的产生与晶体的生长条件，晶体中原子的热运动以及对晶体的加工工艺等有关。
事实上，任何晶体即使在绝对零度都含有缺陷，自然界中理想晶体是不存在的。
既然存在着对称性的缺陷，平移操作不能复制全部格点，那么空间点阵的概念似乎不能用到含有缺陷的晶体中，亦即晶体理论的基石不再牢固。
幸运的是，缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。
作为一种统计，一种近似，一种几何模型，我们仍然继承这种学说。
材料学复习题
1.名词解释（15分）2.判断题（20)3.单项选择题(20)4.简答题(19)5.综合分析题（画图与相图分析)(26)空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有等同的周围环境的模型晶胞：在空间点阵中，能代表空间点阵结构特点的小平行六面体。
置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体间隙固溶体：溶质原子占据溶剂晶格中的间隙位置而形成的固溶体。
晶体缺陷：晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。
肖特基缺陷：由于晶体表面附近的原子热运动到表面，在原来的原子位置留出空位，弗仑克尔缺陷：指晶体结构中由于原先占据一个格点的原子（或离子）离开格点位置，成为间隙原子（或离子），并在其原先占据的格点处留下一个空位空位形成能：在晶体内取出一个原子放在晶体表面上（但不改变晶体的表面能和表面积）所需要的能量。
伯氏矢量：反映位错周围点阵畸变总积累的重要物理量刃型位错：在金属晶体中，由于某种原因，晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半原子面。
这个多余的半原子面又如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线螺型位错“一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。
在中央轴线处即为一螺型位错。
滑移：是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。
攀移：刃型位错在垂直与滑移面的方向上运动稳态扩散：是指在扩散系统中，任一体积元在任一时刻，流入的物质量与流出的物质量相等，即任一点的浓度不随时间变化。
非稳态扩散：即任一点的浓度随时间的变化而变化？？扩散激活能：指杂质原子或者母体原子在固体（包括半导体）中扩散的激活能。
上坡扩散：是指物质从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度。
弹性形变：外力撤消后，物体能恢复原状的形变塑性形变：如果外力较大，当它的作用停止时，所引起的形变并不完全消失，而有剩余形变的形变软取向：晶体中有些滑移系与外力的取向接近45o角，处于易滑移的位向，具有较小的σs值硬取向：晶体中有些滑移系与外力取向偏离45o很远，需要较大的σs值才能滑移临界分切应力：把滑移系开动所需要的最小分切应力滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早起阶段，在此阶段内物理或力学性能的回复程度是随温度和时间而变化的。
名词解释
1.阵点：晶体中的质点抽象位规则排列于空间的几何点。
2.空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。
3.空间格子：用来描述空间点阵的三维几何格架。
4.简单晶胞：只有在平行六面体每个顶角上有一阵点的晶胞。
5.复杂晶胞：除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。
6等同点：晶体结构中物质环境和几何环境完全相同的点。
7.合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成，并具有金属特性的物质。
8.组元：组成合金的基本的、独立的物质。
9.相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。
10.单相合金：有一种相组成的合金。
11.多相合金：由几种不同的相组成的合金。
12.固溶体：以某一组元位溶剂，在其晶体点阵中融入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。
13.中间相：两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
14.中间相的分类：正常价化合物、电子化合物、与原子尺寸因素有关的化合物（间隙相和间隙化合物、拓扑密堆相）固溶体根据溶质原子在溶剂点阵中所处位置，分为置换固溶体和间隙固溶体。
按固溶度分类：有限固溶体和无限固溶体。
按各组元原子分布的规律性分类：无序固溶体和有序固溶体。
15.置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子的固溶体。
16.极限电子浓度：最大溶解度时的电子浓度数值接近位1.4。
17.间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。
18间隙相：当非金属X和金属M原子半径的比值r x/r M<0.59时，形成具有简单的晶体结构的相。
19.间隙化合物：当r x/r M>0.59时，形成具有复杂的晶体结构的相。
晶体的缺陷
4．1 晶体缺陷的基本类型
晶体缺陷按几何形态分，有点缺陷、线缺陷和面缺陷
4.1.1 点缺陷
( 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。
τ1：空位从一个格点跳到相邻格点所需等待的时间 τ2：填隙从一个间隙跳到下一个间隙所需等待的时间
假设τ2》τ1， 与空位相邻的原子跳入空位所要等待的时间
可得出单位时间内一个原子由正常格点跳到间隙位置变 成填隙原子的几率为
当τ1》τ2时，即空位从一个格点跳到相邻格点所需等 待的时间比填隙原子从—个间隙位经跳到相邻间隙位置 所需等待的时间长得多时，可以近似把空位看作相对静 止．由类似的分析可得
从N个院子中取出n个原子形成n个空位的可能方式数目
N! W N n 形成间隙院子的方式数目为
' N ! W1'' ' N n !n!
有缺陷后晶格的微观状态数目为
' N ! N ! W W1'W1''W0 ' N n !N n(n!) 2
4．3 热缺陷的统计理论
4.3.1 热缺陷的产生几率
弗仑克尔缺陷和肖持基缺陷，存在产生、运动 和复合问题． 当温度一定时，热缺陷的产生和复合达到平衡， 热缺陷的统计平均数目为一定值，热缺陷在晶体内均 匀分布．设晶体是由N个原子构成，空位数目为nl，填 隙原子数目为n2； P代表在单位时间内，一个正常格点 上的原子跳到间隙位置的几率，τ＝l／P代表一个正常 格点上的原子成为填隙原子所需等待的时间．
晶体缺陷名词解释
晶体缺陷名词解释
晶体缺陷是指因晶体的原子不能有序排列，或因晶体中存在多余或欠缺的原子，或晶体中存在附加的离子，而使晶体的特性发生变化的状态。
主要分为四类：位错、衬底格点缺陷、位错团和晶体区域失活。
位错指晶体中原子离开了正常构型排列，进入到其他构型排列中所产生的现象，起到晶体构型的破坏作用。
衬底格点缺陷指在固定位置存在具体数量的空位，从而改变晶体表面的衬底格点，以及晶体面积和晶格常数。
位错团指离子或原子被狭义放射入晶体，它们互相吸引，形成一个团簇。
晶体区域失活指晶体因内部缺陷而导致的情况，使得某些晶格在晶体结构中失去活性，从而增加晶格衰减。
大学《材料制备科学与技术》期末复习题整理(名词解释、填空、简答题)
大学《材料制备科学与技术》期末复习题整理（名词解释、填空、简答题）目录《材料制备科学与技术》名词解释与简答题汇总 (1)《材料制备科学与技术》习题库 (16)《材料制备科学与技术》名词解释与简答题汇总1、晶胞：空间点阵可分成无数等同的平行六面体，每个平行六面体称为晶胞。
2、晶格：空间点阵可以看成在三个坐标方向上无数平行坐标轴的平面彼此相交所形成的格点的集合体，这种集合体是一些网络，称为晶格。
3、晶体缺陷：在实际的晶体中，原子规则排列遭到破坏而存在偏离理想晶体结构的区域。
可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
4、点缺陷：它是完整晶体中一个或几个原子规则排列被破坏的结果，其所发生区域的尺寸远小于晶体或晶粒的线度。
它有两种基本类型，即空位和填隙原子。
5、缺陷形成能：各类缺陷的形成能EF的数值可以直接反映特定缺陷形成的难易程度，材料合成环境对于缺陷形成的影响及复合缺陷体系的稳定性等。
6、位错能（位错的应变能）：晶体中位错的存在会引起点阵畸变，导致能量增高，这种增加的能量即为位错能，包括位错的核心能量和弹性应变能量（占总能量的9/10）。
7、位错反应：位错的合并于分解即晶体中不同柏氏矢量的位错线合并为一条位错线或一条位错线分解成两条或多条柏氏矢量不同的位错线。
8、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别），形成所谓的“柯氏气团”。
❖过冷度：指熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。
每一种物质都有其平衡结晶温度即理论结晶温度，但在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，两者的温度差值即为过冷度。
❖均匀成核：在亚稳相系统中空间各点出现稳定相的几率都是相同的。
不借助任何外来质点，通过母相自身的原子结构起伏和成分起伏、能量起伏形成结晶核心的现象。
❖非均匀成核：在亚稳相系统中稳定相优先出现在系统中的某些局部，称为非均匀成核❖自发形核：指液态金属绝对纯净，无任何杂质，也不和器壁接触，只是依靠液态金属能量的变化，由晶胚直接生核的过程。
大连理工大学名词解释
第一章原子结构与结合键电离能：基态原子失去最外层的一个电子所需的能量。
电子亲和能: 基态中性原子获得一个电子成为负离子所释放出的能量。
电负性：代表原子获得电子的能力，这个电子是元素原子自身以外的电子，而这种能力决定于原子结构。
离子键：原子间通过电子转移产生正离子和负离子，两者相互吸引所形成的化学键称为离子键共价键：两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定的化学结构叫做共价键金属键：由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。
范德瓦尔斯键：一个分子中的带正电部分会吸引另一个分子中的带负电部分，这种结合力称为范德瓦尔斯键。
极化：分子中共价电子的非对称分布，使分子的某一部分比其他部分更偏于带正电或带负电的现象。
第二章晶体结构晶体：物质的基元在三维空间呈有规律的周期性重复排列所形成的物质。
长程有序：原子在三维空间呈有规律的周期性重复。
各向异性：材料的物理，化学或力学性能随方向的不同表现出一定差异的特性。
结点：为了便于分析晶体的周期性排列规律，将一个或一组刚性球抽象成一个点，这些点称为结点。
基元：被抽象的一个或一组原子。
空间点阵：结点在三维空间作周期性排列所形成的三位阵列。
晶格：为了便于描述空间点阵的模型，用3套平行的直线将所有结点连接起来，所形成的三维空间格架。
晶胞：从晶格中抽取具有代表性的基础单元。
点阵常数（晶格常数）：以晶胞角上的某一结点为原点，以该晶胞上过原点的三个棱边为坐标轴x，y，z，则晶胞的形状和大小即可由这三条棱边a，b，c和棱边夹角α、β、γ这六个点阵参数来表示。
布拉维点阵：根据每个结点的周围环境相同，用数学分析方法证明晶体中的空间点阵只有14种。
晶向：空间点阵中各结点列的方向代表晶体中原子排列的方向。
晶面：空间点阵中任意一组阵点的平面代表晶体中的原子平面。
晶向指数：晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为互质整数，称为晶向指数，表示为[h,k,l]。
固体物理第四章_晶体的缺陷
A
未滑动的晶面
EC
F
B
滑动前的晶格
D
刃位错的晶格
刃位错： F原子链。 EF是晶体的挤压区与未挤压区的分界线：
F以下原子间距变大，原子间有较强吸引力；
F的左右晶格被挤压，原子间的排斥力增大。
16
例：实际晶体的小角倾斜 晶体由倾斜角很小的两部分晶体结合而成。为了使 结合部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错位。
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。
9
4、色心 能吸收光的点缺陷
完善的卤化碱晶体是无色透明的。众多的 色心缺陷能使晶体呈现一定的颜色。
例如：F心，把卤化碱晶体在相应的碱金 属蒸气中加热，然后骤冷到室温，则原来透明 的晶体就出现了颜色。
实验临界切应力比理 论值小的根源
30
2、螺位错的滑移 螺位错的滑移与刃位错的滑移相类似，只是螺位的 滑移方向与晶体所受切应力的方向相垂直。
BC原子 受到向 下的拉 力
螺位 错线 滑移
BC列原子受到右边原子的下拉力，BC原子有向下 位移的趋势，BC原子下移一定的距离； 使BC 变为螺错位。
31
二、螺位错与晶体生长
4
§4.1 晶体缺陷的基本类型
本章主要讨论单晶的缺陷：多晶体是由许多小晶粒 构成，每个晶粒可看成是小单晶。晶粒间界不仅原 子排列混乱，而且是杂质聚集的地方。因此晶粒间 界是一种性质复杂的晶体缺陷。
一、点缺陷
晶体中的填隙原子、空位、俘获电子的空位、杂质 原子等。这些缺陷约占一个原子尺寸，引起晶格周 期性在一到几个原胞范围内发生紊乱。
晶体中的缺陷
晶体中的缺陷及其对材料性能的影响前言晶体的主要特征是其中原子（或分子）的规则排列，但实际晶体中的原子排列会由于各种原因或多或少地偏离严格的周期性，于是就形成了晶体的缺陷，晶体中缺陷的种类很多，它影响着晶体的力学、热学、电学、光学等各方面的性质。
晶体的缺陷表征对晶体理想的周期结构的任何形式的偏离。
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增加。
按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。
每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、电性能等。
一、晶体缺陷的基本类型点缺陷1、点缺陷定义由于晶体中出现填隙原子和杂质原子等等，它们引起晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数的限度范围内，这类缺陷统称为点缺陷。
这些空位和填隙原子是由热起伏原因所产生的，因此又称为热缺陷。
2、空位、填隙原子和杂质空位：晶体内部的空格点就是空位。
由于晶体中原子热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点跑到表面上，在内部留下了空格点，即空位。
填隙原子：由于晶体中原子的热运动，某些原子振动剧烈而脱离格点进入晶格中的间隙位置，形成了填隙原子。
即位于理想晶体中间隙中的原子。
杂质原子：杂质原子是理想晶体中出现的异类原子。
3、几种点缺陷的类型弗仑克尔缺陷：原子（或离子）在格点平衡位置附近振动，由于非线性的影响，使得当粒子能量大到某一程度时，原子就会脱离格点，而到达邻近的原子空隙中，当它失去多余动能后，就会被束缚在那里，这样产生一个暂时的空位和一个暂时的填隙原子，当又经过一段时间后，填隙原子会与空位相遇，并同空位复合；也有可能跳到较远的间隙中去。
若晶体中的空位与填隙原子的数目相等，这样的热缺陷称为弗仑克尔缺陷。
肖特基缺陷：空位和填隙原子可以成对地产生(弗仑克尔缺陷），也可以在晶体内单独产生。
814材料科学基础-第三章 晶体缺陷知识点讲解
北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛老师第三章晶体缺陷本章主要内容与要求：内容：（1）点缺陷；（2）线缺陷；（3）面缺陷要求：（1）熟悉三种缺陷的概念、特点；（2）掌握点缺陷中空位浓度的计算；（3）掌握线缺陷中位错的运动，增殖；（4）熟悉各种面缺陷。
知识点1 缺陷定义：实际晶体中原子的排列不可能那样规则、完整，常常存在各种偏离理想结构的情况，这种情况我们就称为晶体缺陷。
作用：晶体缺陷对晶体的性能，特别是对那些结构敏感的性能，如屈服强度、断裂强度、塑性等有很大的影响。
根据几何特征，可以分为：点缺陷、线缺陷、面缺陷三类。
知识点2 点缺陷定义：点缺陷是最简单的一种晶体缺陷，主要是结点上或者邻近的微观区域内偏离晶体的正常结构排列的一种缺陷。
主要包括：空位、间隙原子、杂质或溶质原子。
空位：当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离原来的位置，使阵点中形成空结点，这种空的结点就是空位。
间隙原子：在晶格非结点的位置，往往是间隙，此时在间隙的位置出现了多余的原子，这种多余的原子就是间隙原子。
离开平衡位置的原子有三个去处：（1）肖脱基缺陷：迁移到表面—在内部形成空位（2）弗兰克尔缺陷：原子迁移到间隙中，在晶体中形成数目相等的空位-间隙原子；（3）跑到其他空位，使空位消失。
知识点3 空位平衡浓度空位形成能Ev：在晶体内取出一个原子放在晶体表面上所需要的能量。
通常材料的熔点越高，结合能越大，空位的形成能也越大。
间隙原子会使周围点阵产生弹性畸变，而且畸变程度要比空位引起的畸变大得多，也会改变其周围电子能量，因此，它的形成能大，在晶体中浓度一般很低。
空位的形成过程原子的热振动克服约束，迁移到新的位置成为空位、间隙原子引起局部点阵畸变少部分原子获得足够高的能量结果晶体中点缺陷的存在：（1）一方面造成点阵畸变，使晶体内能升高，降低了晶体热力学的稳定性；（2）另一方面，由于原子排列顺序的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，引起熵值的增大，这又增加了热力学的稳定性。
晶体中的缺陷
空位的移动
原子作热振动，一定温度下原子热振动能量一定，呈统计 分布，在瞬间一些能量大的原子克服周围原子对它的束缚，迁 移至别处，形成空位。
点缺陷的平衡浓度
热力学分析表明：在高于 0K 的任何温度下，晶体最稳定 的状态是含有一定浓度点缺陷的状态。在某一温度下，晶体 自由焓最低时对应的点缺陷浓度为点缺陷的平衡浓度，用 CV 表示。 在一定温度下，晶体中有一定平衡数量的空位和间隙原 子，其数量可近似算出。 设自由能 F=U－TS U为内能，S为系统熵（包括振动熵Sf和排列熵SC） 空位的引入，一方面由于弹性畸变使晶体内能增加；另 一方面又使晶体中混乱度增加，使熵增加。而熵的变化包括 两部分： ① 空位改变它周围原子的振动引起振动熵Sf； ② 空位在晶体点阵中的排列可有许多不同的几何组态，使 排列熵SC增加。
X原子位于晶格间隙位置。 3. 错位原子 错位原子用MX、XM等表示，MX的含义是M原子占据X原子的位
置。XM表示X原子占据M原子的位置。
4. 自由电子（electron）与电子空穴 (hole） 分别用e，和h · 来表示。其中右上标中的一撇“，”代表一个单位负电荷，
一个圆点“ ·”代表一个单位正电荷。
点缺陷基本理论小结
1、点缺陷是热力学稳定的缺陷。 2、不同金属点缺陷形成能不同。 3、点缺陷浓度与点缺陷形成能、温度密切相关
n C exp( SV / k ) exp( EV / kT ) A exp( EV / kT ) N
4、点缺陷对金属的物理及力学性能有明显影响 5、点缺陷对材料的高温蠕变、沉淀、回复、表面氧化、 烧结有重要影响
T CV
100K 300K 500K 10-57 10-19 10-11
700K 900K 1000K 10-8.1 10-6.3 10-5.7
晶体缺陷简述
概要
一．引 言 二．晶体结构缺陷的类型 三．单晶硅中的缺陷 四．总 结
一、引言
固体在热力学上最稳定的状态是处于 0K 温度时的完整晶体状态，此时，其内部 能量最低。晶体中的原子按理想的晶格点阵排列。实际的真实晶体中，在高于 0K 的任 何温度下，都或多或少的存在着对理想晶体结构的偏离，即存在着结构缺陷。结构缺陷 的存在及其运动规律，对固体的一系列性质和性能有着密切的关系，因此掌握晶体缺陷 的知识是掌握材料科学的基础。
现已辨明，本征缺陷是空位和硅自填隙原子，但它们的浓度不同，而杂质尚不很清 楚，可能跟碳或氧有关。区熔单晶生长速度大于某一临界值时就观察不到这种缺陷。中心沉淀 物有时会导致位错和位错环的产生。在热氧化工艺中，氧化将优先发生在微缺陷处，并将导致 热氧化层错的产生，重金属杂质也容易在微缺陷处沉淀，所有这些都将给LSI器件带来不良影 响。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
器件在热加工过程中原生位错 将诱发新位错，从而更严重地影响器 件性能。但在一定条件下，位错也有 一定的积极作用，比如它有助于合金 与硅片的沾润，在一定程度上能吸除 微缺陷和杂质。微缺陷微缺陷是一种 硅晶体中偏聚出来的本征点缺陷与杂 质聚集在一起的缺陷。
2、二维的面缺陷
面缺陷晶界在单晶生长时这种缺陷一般是可以避免的，但有时会在外延片中出现。 它是硅中最严重的结构缺陷，杂质极易在晶界处聚集足够高浓度，导致材料局部毁坏。即 使结晶时杂质不在此聚集，杂质在晶界上扩散也远远快于在体材料中。因此，存在晶界的 情况下，很难得到均匀的掺杂浓度分布。
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晶体缺陷的名词解释
晶体缺陷是指晶体结构中存在的不规则性或者失序性，它们可以是由于晶体生长过程中的某些不完美导致的，也可以是在晶体使用过程中形成的。
晶体缺陷对材料的物理性质和化学性质有着重要影响，因此，对晶体缺陷的理解与研究具有重要意义。
一、点缺陷
点缺陷是一种在晶体中以原子或原子团为单位存在的不规则性。
点缺陷可以分为两类，即缺陷原子和间隙原子。
缺陷原子是指晶体中一个位置上原子的缺失或替代，而间隙原子是指晶体中非正常晶格位置上的原子存在。
点缺陷的存在对晶体的导电性、热传导性以及光学性质等方面都会产生显著影响。
二、面缺陷
面缺陷是指在晶体中存在的二维或三维结构缺陷。
面缺陷可以分为孪生界面、晶界和堆垛层错三类。
孪生界面是晶体内部两个完全互相倒转或者镜像对称的晶体颗粒之间的界面。
晶界是指晶体内部两个晶体颗粒之间的原子排列或晶格编织方式发生转变的区域。
堆垛层错是因为在晶体生长过程中，晶体颗粒之间因堆垛方式的差异而产生的错位。
面缺陷在晶体的力学性能、疲劳机制以及晶体生长等方面具有重要影响。
三、体缺陷
体缺陷是指晶体内部原子排列或晶格结构出现不规则性或失序性的缺陷。
体缺陷包括空位、间隙和失序。
空位是指晶体内原子因缺失而导致的晶体结构不完整。
间隙是指晶体中非正常晶格位置上的原子存在。
失序则是指晶体中原子的无序或错位状态。
体缺陷对晶体的机械性能、热膨胀性质以及磁性等方面产生显著影响。
四、缺陷治理
缺陷治理是指通过不同的方法和手段对晶体中的缺陷进行修复或改善的过程。
常见的缺陷治理方法包括热退火、添加合金元素和辅助材料等。
热退火是通过加热晶体使缺陷移动并重新排列，从而达到改善晶体结构的目的。
添加合金元素和辅助材料则是通过引入其他原子或化合物来改善晶体的物理性质和化学性质。
总结起来，晶体缺陷是晶体结构中存在的不规则性或失序性。
它们可以是点缺陷、面缺陷或体缺陷。
这些缺陷对晶体材料的性能产生重要影响，因此，研究和理解晶体缺陷的形成和治理具有重要意义。
通过不同的缺陷治理方法，可以改善晶体的结构和性能，为材料科学和工程提供更广阔的应用前景。