/OND 1.空位( vacancy) 空间点阵的晶格中没有原子的结点叫空位。如果 仅形成空位而没有等量的间隙原子,这种缺陷叫肖脱 基缺陷( Schottky disorder),见图4-2a。 ●对于离子晶体,因离子平衡的电中性要求,在形 成空位的同时,形成一种等量的间隙原子,这种缺陷 称为弗兰克尔缺陷,如图4-2b所示。 空位和间隙原子均是由原子的热振动引起的
复旦大学材料科学系 7 ● 空间点阵的晶格中没有原子的结点叫空位。如果 仅形成空位而没有等量的间隙原子，这种缺陷叫肖脱 基缺陷 (Schottky disorder)，见图4-2a。 ● 对于离子晶体，因离子平衡的电中性要求，在形 成空位的同时，形成一种等量的间隙原子，这种缺陷 称为弗兰克尔缺陷, 如图4-2b所示。 ● 空位和间隙原子均是由原子的热振动引起的。 1．空位（vacancy） 2020年9月
rr○rr ●● ○OO 88 0○○ ○○ 9○Q 99 ○○Q d) 图4-2点缺陷的类型
复旦大学材料科学系 8 图 4 -2 点缺陷的类型 2020 年 9 月
/OND 晶体中的原子是在平衡位置不停地运动,如果某 瞬间获得较大的动能且超过其激活能,则将脱离平衡 位置逸出,在原位置留下了空缺。如果周围有空位, 原子跳入该空位,空位在晶体内部扩散移动。温度升 高,原子获得的动能越大,空位浓度增加 点缺陷主要是由热振动引起的。图4-3给出了 定温度下自由能与点缺陷数量的相互关系。从能量值 最小可以看出,点缺陷是热力学平衡缺陷。 在熔体的凝固过程中,高温、塑性变形、辐照加 工等在晶体中都会产生空位缺陷,而适量的空位对材 料加工是有益的。如果没有一定数量的空位,材料难 于加工成型,也难于改性
复旦大学材料科学系 9 晶体中的原子是在平衡位置不停地运动，如果某 瞬间获得较大的动能且超过其激活能，则将脱离平衡 位置逸出，在原位置留下了空缺。如果周围有空位， 原子跳入该空位，空位在晶体内部扩散移动。温度升 高，原子获得的动能越大，空位浓度增加。 点缺陷主要是由热振动引起的。图4-3给出了一 定温度下自由能与点缺陷数量的相互关系。从能量值 最小可以看出，点缺陷是热力学平衡缺陷。 在熔体的凝固过程中，高温、塑性变形、辐照加 工等在晶体中都会产生空位缺陷，而适量的空位对材 料加工是有益的。如果没有一定数量的空位，材料难 于加工成型，也难于改性。 2020年9月
△F=△U-T△S △S 图4-3自由能随点缺陷数量的变化关系 10
复旦大学材料科学系 10 图4-3 自由能随点缺陷数量的变化关系 2020年9月
/OND 2.间隙原子( interstitial atom) 位于空间点阵晶格间隙处的原子叫间隙原子,如 图4-2c所示。它是原子热运动引起的。 间隙原子是非金属原子占多数。它们的原子半径 小于1A°,比如H(0.46A°)、O(0.61A°)、N (0.71A),C(0.77A)、B(0.97A9)等。这些小 原子易进入晶体的四面体间隙或八面体间隙位置,形成 间隙缺陷。 面心立方晶体的晶胞致密度是74%,空隙有26%。 因此,在金属和半导体中,一些掺杂元素进入到晶体的 间隙位置,改善了材料的力学、物理等性能。 当然,间隙原子和置换原子使晶体晶格的邻近原子 偏离平衡位置,产生畸变现象,如图42c、d、e所示。m
复旦大学材料科学系 11 位于空间点阵晶格间隙处的原子叫间隙原子，如 图4-2c所示。它是原子热运动引起的。 间隙原子是非金属原子占多数。它们的原子半径 小 于 1Ao , 比 如 H （ 0.46Ao ） 、 O （ 0.61Ao ） 、 N （0.71Ao）, C（0.77Ao）、B（0.97Ao）等。这些小 原子易进入晶体的四面体间隙或八面体间隙位置，形成 间隙缺陷。 面心立方晶体的晶胞致密度是74％, 空隙有26％。 因此，在金属和半导体中，一些掺杂元素进入到晶体的 间隙位置，改善了材料的力学、物理等性能。 当然，间隙原子和置换原子使晶体晶格的邻近原子 偏离平衡位置，产生畸变现象，如图4-2c、d、e所示。 2. 间隙原子（interstitial atom） 2020年9月