吉林大学：《结晶学》课程教学资源（课件讲稿）第八章 面缺陷

第二部分晶体缺陷 《结晶学》第八章 面缺陷 晶体中偏离点阵的部位为二维面状 §8.1堆垛层错及不完全位错 §8.2晶界 §8.3相界

面缺陷 《结晶学》第八章 §8.1 堆垛层错及不完全位错 §8.2 晶界 §8.3 相界 第二部分 晶体缺陷 晶体中偏离点阵的部位为二维面状

8.1堆垛层错及不全位错 8.1.1堆垛层错 许多金属晶体可看作两种密堆积结构 ①六方结构密堆积（六方密堆积）： ABABAB,即：△7△7△. ②四方结构密堆积（立方面心密堆积） ABCABC.,即：△△△△ Frank符号：△表示AB、BC、CA;ⅴ表示BA、CB、AC 若堆垛次序发生了错误，我们称作堆垛层错（层错）： 例如：六方密堆积晶体层错：△7△△△7. 四方密堆积晶体层错：△△7△△△ 2

2 Frank 符号：△ 表示AB、BC、CA；▽ 表示BA、CB、AC 若堆垛次序发生了错误，我们称作堆垛层错(层错) ： 例如：六方密堆积晶体层错：△▽△△△▽ . 四方密堆积晶体层错：△△▽△△△ . 8.1 堆垛层错及不全位错 8.1.1 堆垛层错 许多金属晶体可看作两种密堆积结构 ① 六方结构密堆积（六方密堆积）： ABABAB .，即：△▽△▽△ . ② 四方结构密堆积（立方面心密堆积）： ABCABC .，即：△△△△ . A A A A A A A B B B C C C B B B B B B C C C

面心立方结构中产生的层错可以分为两种基本类型： 抽出型（本征型）：在正常层序中抽出一层； 插入型（非本征型）：在正常层序中插入一层。 A A C B 抽出型 A 抽出 C C B B A A △△V△△△ 抽出一层(A)=插入两层(BC)=部分△滑移

3 面心立方结构中产生的层错可以分为两种基本类型： 抽出型(本征型)：在正常层序中抽出一层； 插入型(非本征型)：在正常层序中插入一层。 A B C A B C B 抽 出 型 A A B C A B C B △△▽△△△ 抽 出 抽出一层(A) = 插入两层（BC）= 部分△滑移

面心立方结构中产生的层错可以分为两种基本类型： 抽出型（本征型）：在正常层序中抽出一层； 插入型（非本征型）：在正常层序中插入一层。 A B C A 插入型 B A ■■ 挺 B B A A △△77△△ 插入一层(B)=抽出两层(AC)

4 面心立方结构中产生的层错可以分为两种基本类型： 抽出型(本征型)：在正常层序中抽出一层； 插入型(非本征型)：在正常层序中插入一层。 A B C A B C B 插 入 型 △△▽▽△△ A B C B A B C A 插 入 插入一层(B) = 抽出两层（AC）

对于面心立方结构的金属： 不锈钢及a-黄铜：可以看到大量的层错 铝：几乎观察不到层错 Au、Ag、Cu等贵金属：介于以上两者之间 ◆可以利用层错能的高低来考虑层错出现几率问题； ◆层错能高，则出现的可能性小，层错能低则出现的可能性大； ◆堆垛层错不会产生晶格弹性畸变，所以人们认为层错能的主要来源于电 子能，它数量级为n×10-6J/cm2: ◆以下的讨论都针对面心立方结构的半导体材料 ◆锗、硅、砷化镓等金刚石结构或闪锌矿结构，由于由两组面心立方 格子构成，因此所产生的堆垛层错将比上述模型更复杂

5 对于面心立方结构的金属： 不锈钢及a-黄铜：可以看到大量的层错 铝：几乎观察不到层错 Au、Ag、Cu等贵金属：介于以上两者之间 ◆ 可以利用层错能的高低来考虑层错出现几率问题； ◆ 层错能高，则出现的可能性小，层错能低则出现的可能性大； ◆ 堆垛层错不会产生晶格弹性畸变，所以人们认为层错能的主要来源于电 子能，它数量级为 n×10－6 J/cm2； ◆以下的讨论都针对面心立方结构的半导体材料 ◆ 锗、硅、砷化镓等金刚石结构或闪锌矿结构，由于由两组面心立方 格子构成，因此所产生的堆垛层错将比上述模型更复杂

8.1.2不全位错 不全位错产生的过程： 面心立方晶体中可能产生两种形式的堆垛位错。就产生方式看，可 以在(111)面上，将上下两半晶体作相对滑移，抽去一层或插入一层。 如果滑移中止于晶体内部某处，或者抽去的不是完整一层，或者插 入也不是完整一层，这时造成的堆垛层错只是在晶体中的一部分区域存 在，在堆垛层错部分与完整部分的交界地方就造成了不全位错。即层错 的周界就是不全位错。 注意区别 棱位错与不完全位错！ 6

6 不全位错产生的过程： 面心立方晶体中可能产生两种形式的堆垛位错。就产生方式看，可 以在(111)面上，将上下两半晶体作相对滑移，抽去一层或插入一层。 如果滑移中止于晶体内部某处，或者抽去的不是完整一层，或者插 入也不是完整一层，这时造成的堆垛层错只是在晶体中的一部分区域存 在，在堆垛层错部分与完整部分的交界地方就造成了不全位错。即层错 的周界就是不全位错。 8.1.2 不全位错 注意区别 棱位错与不完全位错！

面心立方密堆积结构的晶体中三种不完全位错类型： 肖克莱位错：堆垛层内部分滑移，滑移矢量b=? 6 可以产生纯刃、纯螺、混合型位错 这样的位错可以滑移不能攀移 负弗兰克位错：抽出B, 6-号只产生刃型位错 正弗兰克位错： 插λC子】 这样的刃型位错，可以攀移却不能滑移

这样的刃型位错，可以攀移却不能滑移。 面心立方密堆积结构的晶体中三种不完全位错类型： 112 6 a b =   111 3 a b =   只产生刃型位错 负弗兰克位错：抽出B， 正弗兰克位错：插入C， 肖克莱位错：堆垛层内部分滑移，滑移矢量 可以产生纯刃、纯螺、混合型位错 这样的位错可以滑移不能攀移

肖克莱位错：堆垛层内部分滑移，滑移矢量6=% 可以产生纯刃、纯螺、混合型位错。 这样的位错可以滑移不能攀移 【011 A (011) 削面C 211们 6=<112 6 充区 不全位铅区 屈铅区 图8.1.2肖克莱位错 8

8 图8.1.2 肖克莱位错 肖克莱位错：堆垛层内部分滑移，滑移矢量 可以产生纯刃、纯螺、混合型位错。 这样的位错可以滑移不能攀移 112 6 a b =  

负的弗兰克位错：抽出B,柏氏矢量 = 只能产生刃型位错，这样的位错可以攀移不能滑移 [01 B21 (oiD 剖面 完整区 不全位错区·层错区 图8.1.3负弗兰克位错

9 图8.1.3 负弗兰克位错 负的弗兰克位错：抽出B，柏氏矢量 只能产生刃型位错，这样的位错可以攀移不能滑移 完整区 不全位错区 层错区

正的弗兰克位错：插入C,柏氏矢量， 6=号 1 只能产生刃型位错，这样的位错可以攀移不能滑移。 [oT T] 21 (oi) 剂面 完整区不全位错区”一层错区 图8.1.4正弗兰克位错 10

10 图8.1.4 正弗兰克位错 正的弗兰克位错：插入C，柏氏矢量, 只能产生刃型位错，这样的位错可以攀移不能滑移。 完整区 不全位错区 层错区