晶体点缺陷的类型

众所周知,固体中位于阵点上的原子并非是静止的,而是围绕其平衡位置作热振动。在一定温度时,原子热振动的平均能量是一定的;但各个原子的能量并不完全相等,而且经常发生变化,此起彼伏。由于热振动的无规性,在某一瞬间,一些原子具有足够大的能量克服周围原子对它的制约作用,离开其原来的平衡位置,在原位置上出现了空结点,称为空位,如图1.28所示。

离开平衡位置的原子可以有三个去处:一是迁移到晶体的表面上;二是挤入点阵的间隙位置;三是跑到其他空位中,使空位消失或是使空位移位。第一种情况只形成空位而不形成等量的间隙原子,这样形成的缺陷(空位)称为肖脱基(Schottky)缺陷,如图1.29(a)所示;第二种情况则同时形成等量的空位和间隙原子,这样的缺陷(空位和间隙原子对)称为弗兰克尔(Frankel)缺陷,如图1.29(b)所示。

图1.28 点缺陷示意图

图1.29 晶体中的点缺陷

上述任何一种点缺陷的存在,都破坏了原有原子间作用力的平衡,点缺陷周围的原子必然会偏离原来的平衡位置,作相应的微量位移,产生弹性畸变,即晶格畸变,使系统的内能升高。点缺陷形成与温度密切相关,随着温度的升高,空位或间隙原子的数目也增多。因此,通常又把点缺陷称为热缺陷。但是,晶体中的点缺陷并非都是通过原子的热运动产生的,还可以通过高温淬火、冷变形加工、高能粒子(如α粒子、高速电子、质子、中子)的辐照效应等形成。此时,晶体中的点缺陷数量超过了其平衡浓度,称为过饱和点缺陷。

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