缺陷的类型
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第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
热缺陷的产生和复合始终处于一种动态平衡。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
（1）热缺陷类型 1）弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）
1926年由Frenkel发现并提出。
形成机制：正常晶格质点跃入间隙位，在原晶
格结点则出现空位。见图（a）。
特点：空位和间隙质点成对出现； 晶体体积不发生改变。
资源加工与生物工程学院
晶体结构缺陷的含义：
晶体点阵结构中周期性势场的畸变。 Ideal crystal：质点严格按照空间点阵排列。
Actual crystal ：存在各种各样的结构不完整性。
缺陷对材料性能的影响: 导电性、颜色、发光、材料高温动力学过程
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
伸，在第三维方向上很小。
如：表面、晶界、堆积层错、镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
面缺陷－晶界（grain boundary）
（a）倾斜晶界（tilt boundary ）； （b）扭转晶界（twist boundary ）
4. 电荷缺陷（electron defect）
5. 辐照缺陷（irradiation defect）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
1. 热缺陷
指由于热起伏所产生的空位或间隙质点（原子
或离子），亦称为本征缺陷。 热起伏：指能量的不均衡，质点中总有一部分高能
质点能够克服周围质点对它的束缚而跃迁；
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
（a）弗仑克尔缺陷的形成 （空位与间隙质点成对出现）
（b）单质中的肖特 基缺陷的形成
热缺陷产生示意图
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
2）肖特基缺陷（Schottky defect）
1934年由Schotteky发现并提出。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
面缺陷－堆积层错
面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b)
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
面缺陷－共格晶面
面心立方晶体中{111}面反映孪晶 第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
百度文库
资源加工与生物工程学院
1. 点缺陷（零维缺陷）
缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷 的尺寸都很小。包括： 空位（vacancy） 间隙质点（interstitial particle），亦称为填隙质点 杂质质点（foreign particle）→ 固溶体 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力 学过程等有关。
关。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
(a)
(b) (a) 刃位错（edge dislocation）； (b) 螺位错（screw dislocation）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
3. 面缺陷（二维缺陷）
指在二维方向上偏离理想晶体周期性、规则性 排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延
离子晶体中：CaF2型结构。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
2. 杂质缺陷 （固溶体）
是由外加杂质的引入所产生的缺陷，亦称为组成缺陷或非
本征缺陷。
特征：若杂质含量在固溶体溶解度范围内，则杂质缺陷浓
度与温度无关，只与杂质含量有关。
杂质缺陷对材料性能的影响：微量杂质缺陷会极大改变基 质晶体的物理性质，如：导电性、发光、颜色等，研究 和利用这种缺陷的作用原理，对固溶体形成、材料改性、 制备性能优越的固体器件等具有十分重要的意义。
形成机制：质点跃迁至表面形成新的结点，而
在晶体内部留下空位。见图3-1-6（b）。
特点：晶体中只有空位；
正离子空位与负离子空位成对出现； 晶体体积增大，晶格常数变化。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
（2）热缺陷浓度与温度的关系
对于某种特定材料： 温度一定，热缺陷浓度一定； 随温度升高，热缺陷浓度呈指数增加。
3.1 缺陷的类型
分类方式：
几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
一、按缺陷的几何形态分类
1. 点缺陷（point defect） 2. 线缺陷（line defect） 3. 面缺陷（face defect） 4. 体缺陷（body defect）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
(a) 空位
(b) 杂质质点
(c) 间隙质点
晶体中的点缺陷
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
2. 线缺陷（一维缺陷）
指在一维方向上偏离理想晶体周期性、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：各种位错（dislocation）。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相
4. 体缺陷（三维缺陷）
指在局部的三维空间偏离理想晶体的周期
性、规则性排列而产生的缺陷。 如第二相粒子团、空位团等。 体缺陷与物系的分相、偏聚等过程有关。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
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二、按缺陷产生的原因分类
1. 热缺陷（thermal defect） 2. 杂质缺陷（ foreign defect） 3. 非化学计量缺陷 （ nonstoichiometric defect）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
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（3）缺陷形成和晶体结构的关系
晶体结构中空隙较小，且正、负离子半径相差
较小 → 肖氏缺陷
如，NaCl型：NaCl、MgO、CaO等。
晶体结构中空隙较大，且正、负离子半径相差
较大 → 弗氏缺陷
如，金属晶体中：简单立方、体心立方；
热缺陷的产生和复合始终处于一种动态平衡。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
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（1）热缺陷类型 1）弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）
1926年由Frenkel发现并提出。
形成机制：正常晶格质点跃入间隙位，在原晶
格结点则出现空位。见图（a）。
特点：空位和间隙质点成对出现； 晶体体积不发生改变。
资源加工与生物工程学院
晶体结构缺陷的含义：
晶体点阵结构中周期性势场的畸变。 Ideal crystal：质点严格按照空间点阵排列。
Actual crystal ：存在各种各样的结构不完整性。
缺陷对材料性能的影响: 导电性、颜色、发光、材料高温动力学过程
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
伸，在第三维方向上很小。
如：表面、晶界、堆积层错、镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
面缺陷－晶界（grain boundary）
（a）倾斜晶界（tilt boundary ）； （b）扭转晶界（twist boundary ）
4. 电荷缺陷（electron defect）
5. 辐照缺陷（irradiation defect）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
1. 热缺陷
指由于热起伏所产生的空位或间隙质点（原子
或离子），亦称为本征缺陷。 热起伏：指能量的不均衡，质点中总有一部分高能
质点能够克服周围质点对它的束缚而跃迁；
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
（a）弗仑克尔缺陷的形成 （空位与间隙质点成对出现）
（b）单质中的肖特 基缺陷的形成
热缺陷产生示意图
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
2）肖特基缺陷（Schottky defect）
1934年由Schotteky发现并提出。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
面缺陷－堆积层错
面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b)
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
面缺陷－共格晶面
面心立方晶体中{111}面反映孪晶 第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
百度文库
资源加工与生物工程学院
1. 点缺陷（零维缺陷）
缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷 的尺寸都很小。包括： 空位（vacancy） 间隙质点（interstitial particle），亦称为填隙质点 杂质质点（foreign particle）→ 固溶体 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力 学过程等有关。
关。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
(a)
(b) (a) 刃位错（edge dislocation）； (b) 螺位错（screw dislocation）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
3. 面缺陷（二维缺陷）
指在二维方向上偏离理想晶体周期性、规则性 排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延
离子晶体中：CaF2型结构。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
2. 杂质缺陷 （固溶体）
是由外加杂质的引入所产生的缺陷，亦称为组成缺陷或非
本征缺陷。
特征：若杂质含量在固溶体溶解度范围内，则杂质缺陷浓
度与温度无关，只与杂质含量有关。
杂质缺陷对材料性能的影响：微量杂质缺陷会极大改变基 质晶体的物理性质，如：导电性、发光、颜色等，研究 和利用这种缺陷的作用原理，对固溶体形成、材料改性、 制备性能优越的固体器件等具有十分重要的意义。
形成机制：质点跃迁至表面形成新的结点，而
在晶体内部留下空位。见图3-1-6（b）。
特点：晶体中只有空位；
正离子空位与负离子空位成对出现； 晶体体积增大，晶格常数变化。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
（2）热缺陷浓度与温度的关系
对于某种特定材料： 温度一定，热缺陷浓度一定； 随温度升高，热缺陷浓度呈指数增加。
3.1 缺陷的类型
分类方式：
几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
一、按缺陷的几何形态分类
1. 点缺陷（point defect） 2. 线缺陷（line defect） 3. 面缺陷（face defect） 4. 体缺陷（body defect）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
(a) 空位
(b) 杂质质点
(c) 间隙质点
晶体中的点缺陷
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
2. 线缺陷（一维缺陷）
指在一维方向上偏离理想晶体周期性、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：各种位错（dislocation）。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相
4. 体缺陷（三维缺陷）
指在局部的三维空间偏离理想晶体的周期
性、规则性排列而产生的缺陷。 如第二相粒子团、空位团等。 体缺陷与物系的分相、偏聚等过程有关。
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
二、按缺陷产生的原因分类
1. 热缺陷（thermal defect） 2. 杂质缺陷（ foreign defect） 3. 非化学计量缺陷 （ nonstoichiometric defect）
第三章 晶体结构缺陷——3.1 缺陷的类型
资源加工与生物工程学院
（3）缺陷形成和晶体结构的关系
晶体结构中空隙较小，且正、负离子半径相差
较小 → 肖氏缺陷
如，NaCl型：NaCl、MgO、CaO等。
晶体结构中空隙较大，且正、负离子半径相差
较大 → 弗氏缺陷
如，金属晶体中：简单立方、体心立方；