第五章 位错和层错的电子衍射衬度分析-大学ppt

2. 测量的实际操作
(1) 偏离矢量s



取s≈0，略正向偏移布拉格条件．此时背景因反常透 射而具有很大透明度，位错衬度也比较理想．微调取 向，使菊池线从相应强衍射斑点向(000)方向移动少 许即可．此时将看到位错衬度较之s＝0有明显改善。 通常是这样考虑的：对所选定的低指数反射ghkl尽可 能使ω＝sξg≤1.0．上述通过微调取向，依据菊池线相 对于g反射的偏离距离确定的s值，一般都能满足这个 条件． 注意：s值过大，可使位错像变窄，但明显变暗，严 重时使位错消失，应当避免。
5.1.2 b测定的实际操作
前提：
选择好感兴趣的视场 正确选择衍射条件 拍摄含有待测位错的显微图像及相应的选区
域衍射谱
1. 位错衬度形成基本过程

在合适的ghkl反射下（g•b≠0），位错芯区附近的(hkl)晶 面较好地满足布拉格条件。明场下，入射电子束大部分 被衍射到物镜光阑以外，所以位错呈现暗色条纹衬度。 附近区域有时因晶体弯曲，在一个带状区内取向均匀渐
g
0
不完整晶体的运动学理论
缺陷存在时，缺陷附近晶体柱的畸变
位错的衬度

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非完整晶体衍衬运动学基 本方程可以很清楚地用来 说明螺位错线的成像原因。 图7-15是一条和薄晶体表 面平行的螺型位错线，螺 型位错线附近有应变场， 使晶体PQ畸变成P’Q’。 根据螺型位错线周围原子 的位移特性，可以确定缺 陷矢量R的方向和布氏矢 量b方向一致。
数学反映——应力和应变关系在所有方位不同 的坐标系中都一样。 金属材料——各向同性弹性体，是最常见的工 程材料。 弹性力学主要讨论各向同性材料。



由位错芯区附近晶面的几何构型可以对衍射衬度直观地 给予解释，刃型位错芯区有轻微弯曲。而螺位错在形成位错 时，原子只在衍射晶面内沿u方向发生位移，不造成衍射平面 的弯曲，同样是g•b=0条件成像刃位错因芯部有轻微弯曲而留 下残余衬度，纯螺位错则不会留下残余衬度。
1 sin 2 1 2 cos 2 R [b be b u( ln r0 )] 2 4(1 ) 2(1 ) 4(1 )
1 sin 2 1 2 cos 2 R [b be b u( ln r0 )] 2 4(1 ) 2(1 ) 4(1 )


be—b的刃型分量 u—位错在晶体中的位向 r0—位错核心附近严重畸变区的半径, 约为10-8cm β—晶体中畸变区内某点的极坐标角 横向应变与纵向应变之 ν —材料的泊松比
比值称为泊松比µ，也 叫横向变性系数，它是 反映材料横向变形的弹 性常数。
由此可见任意位错产生的 衬度取决于g•b、g•be和 g•bxu三项。
(a) (b)
图5-1 刃型, 螺型位错芯区附近的衍射平面的点阵几何 (a)刃位错芯处衍射平面有轻微弯曲; (b)螺位错芯处衍射平面无畸变





试验中要找到使刃型位错衬度完全消失的条件， 即同时满足g•b=0和g•b×u=0是困难的，通常只 要这种残余衬度不超过远离位错处的基体衬度的 10%，就可以认为衬度已”消失”。 对于弹性各向异性材料，表5-1给出的判据，仍然 是近似有效的，特别对下述情况： 立方结构材料，垂直于弹性对称平面{110}和{100} 的纯刃型和纯螺型位错； 密排六方结构材料，垂直于或位于弹性对称的基 面的位错． 国内外大部分工作，在测定位错柏氏矢量的时候 仍是以表５－１的判据做为依据进行测量的．
纯螺型位错g•be=g•b×u=0，所以 g•b=0就作为位错像衬度消失的判据。
表5-1 弹性各向同性材料中位错消像判据
刃位错 g•b=0 g•b×u=0 螺位错 g•b=0 混合位错 g•b=0 g•be=0 g•b×u=0
刃位错的运动
螺位错的运动 混合位错 的运动
各向同性弹性体

物理意义——物体各个方向上的弹性性质完全 相同，即物理性质的完全对称。
g hkl b tan
1
zy n x
位错的衬度

ghkl· b可以等于零，也可以是正、负的整数。如果
ghkl· b=0，则附加位相角就等于零，此时即使有螺 位错线存在也不显示衬度。如果ghkl·b≠0，则螺位
错线附近的衬度和完整晶体部分的衬度不同.

ghkl· b=0称为位错线不可见性判据，利用它可以确
变，也会显示类似位错线的暗带，但这是“消光轮廓”， 应当加以区别．办法是微调样品取向，消光轮廓将缓慢 移动，位错线则因g改变，在原处时隐时现，却无明显 移动。明场下位错畸变场以外的完整晶体基体不满足衍 射条件，呈亮的衬度．取g反射成中心暗场像，视场衬 度反转，位错和消光轮廓显示亮衬度，基体呈暗衬度。
第五章 位错和层错的电子 衍射衬度分析
5.1 位错柏氏矢量b的测定
5.1.1 判据的确立
g
i
g
e
0
t
2isz
e
2ig R
dz
g：对衬度作出主要贡献的操作反射的倒易矢量； Ｒ：位错对完整晶体带来的位移矢量； 当g┴Ｒ时，g•R=0 i t g exp 2isz dz
定位错线的布氏矢量。因为ghkl· b=0表示ghkl和b相
垂直．
为了显示位错衬度，不能选择g•R=0的g

由运动学理论位错对象衬度有贡献的衍射振幅
项为exp(-2πig•R)，在双束条件下g•R不为零
时，位错产生衬度，g•R=0时位错不产生额外
的衬度。所以像中看不到位错并不意味着样品
中没有位错。R与任意位错的b有如下关系:

位错的衬度


图中x表示晶柱和位错线之间的水平距离，y表示位错线至膜上 表面的距离，z表示晶柱内不同深度的坐标，薄晶体的厚度为 t。 因为晶柱位于螺型位错的应力场之中，晶柱内各点应变量都不 相同，因此各点上R矢量的数值均不相同，即R应是坐标z的函 数。为了便于描绘晶体的畸变特点，把度量R的长度坐标转换 成角坐标β ，其关系如下 R b 1 z y 1 z y R tan tan Rb b 2 2 x x 2 从式中可以看出晶柱位置确定后（x和y一定），R是z的函数。 因为晶体中引入缺陷矢量后，其附加位相角α =2π ghkl·R，故