固体物理学-5省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

点缺点晶体中原子扩散线缺点—位错面缺点离子晶体中缺点和离子性导电完美晶体：全部原子或离子都排列在晶格中它们自己位置上，没有外来杂质；晶体原子之比符合化学计量比。实际晶体：与理想晶体有一些差异。或多或少地存在这么那样缺点。晶体缺点存在，破坏了完美晶体有序性，引发晶体内能U和熵S增加。按缺点在空间几何构型可将缺点分为点缺点、线缺点、面缺点和体缺点，它们分别取决于缺点延伸范围是零维、一维、二维还是三维。每一类缺点都会对晶体性能产生很大影响，比如点缺点会影响晶体电学、光学和机械性能，线缺点会严重影响晶体强度、电性能等。5.1点缺点热缺点热缺点数目标统计杂质原子色心极化子点缺点—晶体周期性被破坏程度在一个点附近1至几个原子间距范围.点缺点类型：热缺点—原子热运动所产生杂质—晶体中外来原子色心—一个引发晶体颜色改变点缺点极化子—晶体中存在多出电子时引发晶格畸变1.热缺点热缺点因为晶格热运动而产生点缺点.包含空位、填隙原子和夫仑克尔缺点。1）空位（Schottky缺点）和填隙原子热缺点数目标统计1)热缺点数目由热力学可知，在等温过程中，当热缺点数目到达平衡时，系统自由能取极小值：因为晶体中出现空位，系统自由能改变：在N+n1个原子位置中出现n1个空位，其微观状态数为：b）间隙原子平衡数目c）Frenkel缺点平衡数目：热缺点运动a)空位运动b)间隙原子运动2.杂质原子3.色心极化子5.2晶体中原子扩散扩散宏观规律扩散微观机制晶体中原子扩散本质是原子无规布朗运动。扩散过程必须满足连续性方程：１）恒定源扩散2）保持表面浓度不变——误差函数（概率积分）3)扩散系数与温度关系2.扩散微观机制扩散系数微观表示式：a)空位机制与对于原子自扩散和晶体中替位式杂质或缺位式杂质异扩散，普通能够认为是经过空位机制扩散。b)间隙原子机制在普通情况下，杂质原子异扩散要比原子自扩散快。这是因为当杂质原子取代原晶体中原子所在格点位置时，因为两种原子大小不一样，必定会在杂质原子周围产生晶格畸变。所以，在杂质原子周围，轻易产生空位，有利于杂质原子扩散。影响扩散系数原因很多，如晶体其它缺点：位错、层错、晶粒间界等都对扩散过程有影响。而各种影响原因主要都是经过影响扩散激活能Q表现出来。所以，在研究原子扩散过程中，扩散激活能是一个非常主要物理量。5.3线缺点—位错位错描述,柏格斯回路刃型位错螺型位错螺型位错与晶体性质E3.螺位错：b平行于位错线．4.位错与晶体性质位错是晶体中线缺点，位错线在晶体中形成一畸变管道．在管道内及其附近，因为晶格畸变有较大应力集中，在晶体内形成应力场，位错线附近原子能量高于正常格点上原子能量，所以管道内及其附近原子轻易被杂质原子替换，且易被腐蚀。晶体表面位错露头处最轻易被腐蚀，选取适当腐蚀液，可观察到形成锥形腐蚀坑．螺型位错在晶体表面形成一生长台阶，新凝结原子最轻易沿台阶集结，所以晶体生长中轻易沿着螺旋面生长出新一层，而且依次排序不会把台阶毁灭．5.4面缺点堆垛层错孪晶界面晶粒间界堆垛层错密堆积结构晶体中某个原子层发生堆积错误，称为堆垛层错（stackingfault），如立方密积fcc晶体中正常堆积次序：···ABCABC···，若堆垛次序为···ABCABABC···，则称发生层错。孪晶界面孪晶（twin)是一对连生晶块，两晶块以特定取向相交接形成界面，称为孪晶界面（twinplaneboundary）。晶粒间界固体从蒸汽、溶液或熔体中结晶出来时，只有在一定条件下，比如有籽晶存在时，才能形成单晶，而大多数固体属于多晶体。多晶是由许多小晶粒组成。这些小晶粒本身能够近似看作单晶，且在多晶体内做杂乱排列。多晶体中晶粒与晶粒交界区域称为晶粒间界.晶界结构和性质与相邻晶粒取向差相关，当取向差小于10˚时，晶界称为小角晶界；当取向大于10˚时晶界称为大角度晶界。实际多晶材料普通都是大角度晶界，但晶粒内部亚晶界则是小角晶界。最简单小角晶界是对称倾斜晶界。图中是简单立方结构晶体中界面为（100）面倾斜晶界，相当于一系列平行、伯氏矢量在[100]方向上刃型位错线。小角晶界含有阻止原子扩散作用。5.5离子晶体中缺点和离子性导电1.AX型离子晶体中点缺点以正填隙离子为例离子越过势垒频率：离子向右运动漂移速度估算得：3.离子导电率——Einstein关系4.固体电解质或快离子导体指含有较高离子导电性固体材料，固体电解质定义范围要宽一些．快离子导体普通是指在较低温度下（300ºC以下）含有高离子导电性>10-3(cm)-1材料。