西安电子科技大学：《固体物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 晶体缺陷 §5-4 晶体中的扩散

55-4晶体中的扩散 晶体中的扩散是原子在晶体中的布 朗运动。这种过程是随机的,但若存在 浓度梯度,这种过程是定向的,其结果 是导致原子从高浓度向低浓度的定向扩 散流

§5-4 晶体中的扩散 晶体中的扩散是原子在晶体中的布 朗运动。这种过程是随机的，但若存在 浓度梯度，这种过程是定向的，其结果 是导致原子从高浓度向低浓度的定向扩 散流

晶体中的扩散有两类: 类是外来杂质原子在晶体中的 扩散,称为杂质原子扩散 类是基质原子在基体中的扩散, 成为自扩散 扩散是通过点缺陷的运动来实现

晶体中的扩散有两类： 一类是外来杂质原子在晶体中的 扩散，称为杂质原子扩散； 一类是基质原子在基体中的扩散， 成为自扩散。 扩散是通过点缺陷的运动来实现的

、扩散的宏观定律 1.费克(Fick)方程 把两块不同的材料粘在一起,在适当 的温度下退火,由于扩散,晶体内部便 会发生物质的流动,结果导致浓度梯度 降低

一、扩散的宏观定律 1. 费克（Fick）方程 把两块不同的材料粘在一起，在适当 的温度下退火，由于扩散，晶体内部便 会发生物质的流动，结果导致浓度梯度 降低

:8° ●○O 8 Ca) :·888 (b) 距高 图4-21A、B两块晶体材料扩散示意图 a)扩散前;(扩倣中;(扩后

2扩散流密度 单位时间、垂直通过单位面积的净 原子数。 扩散可分为:稳态和非稳态

2.扩散流密度 J  单位时间、垂直通过单位面积的净 原子数。 扩散可分为:稳态和非稳态

如果晶体中t时刻某种扩散原子的浓度 为C ),则在稳态扩散中,扩散 流密度正比于扩散原子的浓度梯度 费克第一定律 J=-DVC 式中:负号表示扩散原子是从高浓度区 域向低浓度区域扩散; D:扩散系数,其值与材料性质及温度 密切相关

如果晶体中t时刻某种扩散原子的浓度 为 C（x,y,z），则在稳态扩散中，扩散 流密度正比于扩散原子的浓度梯度 费克第一定律 J = −DC  式中：负号表示扩散原子是从高浓度区 域向低浓度区域扩散； D：扩散系数,其值与材料性质及温度 密切相关

二、扩散的微观机制 晶体中的原子以它的平衡位置为中心 做晶格热振动,由于热运动的起伏,总 有一些原子在热振动中能获得足够大的 能量,从原来的平衡位置跃迁到另一个 平衡位置。扩散现象正是这种微观原子 迁移的结果。 原子在晶体中扩散的微观机制可以分为四 种

二、扩散的微观机制 晶体中的原子以它的平衡位置为中心 做晶格热振动，由于热运动的起伏，总 有一些原子在热振动中能获得足够大的 能量，从原来的平衡位置跃迁到另一个 平衡位置。扩散现象正是这种微观原子 迁移的结果。 原子在晶体中扩散的微观机制可以分为四 种：

1.空位机制 在一定温度下,晶体总会存在一定 的空位。 个在空位旁边的原子就有机会跳 入空位之中,使原来的位置变为空位。 另外的邻近原子也可能占据这个新形成 的空位,使空位继续运动 大多数元素固体的自扩散以空位扩散 为主

1. 空位机制 在一定温度下，晶体总会存在一定 的空位。 一个在空位旁边的原子就有机会跳 入空位之中，使原来的位置变为空位。 另外的邻近原子也可能占据这个新形成 的空位，使空位继续运动。 大多数元素固体的自扩散以空位扩散 为主

感

2.间隙机制 原子在点阵的间隙位置间跃迁而导 致的扩散 在间隙机制中,还有从格点原子到 间隙位置,形成空位,原填隙原子又填 充空位的迁移过程。 前种间隙机制主要存在于溶质原子 较小的间隙式固溶体中,而后种间隙机 制主要存在于自扩散晶体中

2. 间隙机制 原子在点阵的间隙位置间跃迁而导 致的扩散. 在间隙机制中，还有从格点原子到 间隙位置，形成空位，原填隙原子又填 充空位的迁移过程。 前种间隙机制主要存在于溶质原子 较小的间隙式固溶体中，而后种间隙机 制主要存在于自扩散晶体中