浅谈固体物理中的晶体缺陷

浅谈固体物理中的晶体缺陷

20074051024 刘珊珊

实际晶体或多或少存在各种杂质和缺陷。依照传统的分类有：点缺陷、线缺陷（见位错）和面缺陷。它们对固体的物性以及功能材料的技术性能都起重要的作用。半导体的电学、发光学等性质依赖于其中的杂质和缺陷。大规模集成电路的工艺中控制(和利用)杂质和缺陷是极为重要的。目前人们感兴趣的有深能级杂质、发光中心机理、无辐射跃迁的微观过程等。H.A.贝特在1929年用群论方法分析晶体中杂质离子的电子能级的分裂，开辟了晶体场的新领域。数十年来在这领域积累了大量的研究成果，为顺磁共振技术、微波激射放大器、固体激光器的出现准备了基础。金属中的杂质对其物理性质有广泛的影响。最为突出的是磁性杂质对金属低温下物性的影响，这个现象称为近藤效应，因为近藤淳在1946年首先提出说明这现象的理论。磁杂质对超导体的性质有显著影响，会降低其临界温度。在特殊物质（例如,LaAl2、CoAl2）中,近藤杂质可使这合金在温度T吤进入超导电状态又于T扖离开这个状态。此外,离子晶体中的缺陷对色心现象和电导过程占有决定性的地位。Я.И.夫伦克耳对金属强度的理论值作了估计，远大于实际的强度，这促使人们去设想金属中存在某种容易滑移的线缺陷。1934年G.I.泰勒、E.奥罗万和M.波拉尼独立地提出刃位错理论说明金属强度。F.C.夫兰克在1944年根据实验观察结果提出螺位错促进晶体生长的理论，后来，人们利用电子显微术直接看到位错的运动。位错以及它同杂质和缺陷的互作用对晶体的力学、电学性质有重大影响。甚至，晶体熔化也可能同位错的大量产生有关。随着晶体生长技术发展，人们又发现了层错──一种面缺陷。

硬铁磁体、硬超导体、高强度金属等材料的功能虽然很不同,但其技术性能之所以强或硬,却都依赖于材料中一种缺陷的运动。在硬铁磁体中这缺陷是磁畴壁（面缺陷），在超导体中它是量子磁通线，在高强度金属中它是位错线，采取适当工艺使这些缺陷在材料的微结构上被钉住不动，有益于提高其技术性能。

高分辨电子显微术正促使人们在更深的层次上来研究杂质、缺陷和它们的复合物。电子顺磁共振、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术等已成为研究杂质和缺陷的有力手段。在理论上借助于拓扑学和非线性方程的解，正为缺陷的研究开辟新的方向（见晶体缺陷）。

固体物理学

表面和界面以及超点阵和低维固体这是近二十年来固体物理学中新

兴的领域。从60年代起人们开始在超高真空条件下研究晶体表面的本征特

性以及吸附过程等。通过粒子束（光束、电子束、离子束或原子束）和外场（温度、电场或磁场）与表面的相互作用，获得有关表面的原子结构、吸附物特征、表面电子态以及表面元激发等信息，加上表面的理论研究，形成表面物理学。这些新的实验手段主要是各种表面能谱仪。它们及其分析方法已经发展成为表面技术，广泛用于大规模集成电路监控和分析等领域。同体内相比，晶体表面具有独特的结构和物理、化学性质。这是由于表面原子所处的环境同体内原子不一样，在表面几个原子层的范围，表面的组分和原子排列形成的二维结构都同体内与之平行的晶面不一样的缘故。表面微观粒子所处的势场同体内不一样，因而形成独具特征的表面粒子的运动状态，限制粒子只能在表面层内运动并具有相应的本征能量，它们的行为对表面的物理、化学性质起重要作用。界面有固体－固体、固体-液体、固体-气体界面之分。固体器件的基础是在界面发生的物理过程，随着微电子技术发展，器件的尺寸日益缩小，表面和界面的物理效应更加突出。特别是硅场效应管的硅－二氧化硅界面形成表面势阱，在其中的电子构成二维运动的电子气，具有独特的性质，包括电子态局域化和 K.von 克利青在1980年发现的量子霍耳效应以及D.C.崔琦在1981年发现的分数量子霍耳效应，涉及固体物理基本问题的现象。许多电化学过程发生在固体-电解液界面,腐蚀则常发生于固体-气体和固体-液体界面，因此界面物理和表面物理一样具有巨大的实际意义。

能带理论用于表面和界面的电子态的计算仍然有效。由于表面、界面电子的势能依赖于表面态、界面态中电子的填充情况，因此计算必须是自洽的。能带理论同表面技术的结合导致半导体超点阵材料出现。分子束外延技术使制备这种材料成为现实。再利用调制掺杂技术,可制备出高迁移率晶体管用于微波技术，以及性能优越的激光器用于光电子学技术。用这种材料特制的样品，在低温和强磁场下也观察到分数的量子霍耳效应。金属超点阵的研究也正在增长（见超结构）。

低维固体还包括层状化合物和链状结构的物质以及微颗粒组成的固体。它们具有独特的物理性质和微观过程。是目前很活跃的研究领域，在应用上富有潜力。层状结构化合物的主要特点是它的能带结构和电导率都是各向异性的，平行于层面的电导率与垂直层面的电导率之比可达千倍至十万倍。有的材料电导率可与铜、铝相比，在层状材料中由于费密面的结构以及与之有关的不稳定性质存在着电荷密度波或自旋密度波。链状材料具有准一维的结构，有的是导体，有的是半导体，也有的在一定压力下成为超导体。特别是聚乙炔等一维有机半导体。它具有两种不同的基本结构，两种结构交接处是一个界区,形成类似孤立子缺陷态,掺杂可使“孤立子”带电。它在链上运动引起电导。利用聚乙炔已可制成半导体器件，展示其应用前景（见低维导体）。

编辑本段非晶态固体

非晶态固体的物理性质同晶体有很大差别，这同它们的原子结构、电子态以及各种微观过程有密切联系。从结构上来分，非晶态固体有两类（见无序体系）。一类是成分无序，在具有周期性的点阵位置上随机分布着不同的原子（如二元无序合金）或者不同的磁矩（如无序磁性晶体）。在这类体系中物理量不再有平移对称性。另一类是结构无序，表征长程序的周期性完全破坏，点阵失去意义。但近邻原子有一定的配位关系,类似于晶体的情形,因而仍然有确定的短程序。例如，金属玻璃是无规密积结构，而非晶硅是四面体键组成的无规网络。实际情形或许更加复杂，可能存在一些微晶结构的原子簇。例如，非晶硅中存在非晶基元。20年代发现并在70年代得到发展的扩展X 射线吸收精细结构谱 (EXAFS)技术成为研究非晶态固体原子结构的重要手段。无序体系的电子态具有其独特的性质，P.W.安德森(1958)在他的富有开创性的工作中，探讨了无序体系中电子态局域化的条件，10年之后，N.F.莫脱在此基础上建立了非晶态半导体的能带模型，提出迁移率边的概念。以非晶硅或锗为例，它的禁带宽度依赖于原子间的互作用，能带宽度依赖于原子的价键之间的耦合。在无序体系中，电子态有局域态和扩展态之分。在局域态中的电子只有在声子的合作下才能参加导电。这使得非晶态半导体的输运性质具有新颖的特点。1974年人们掌握了在非晶硅中掺杂的技术，现在非晶硅正成为制备廉价的高效率太阳能电池的重要材料。

非晶态合金具有特殊的物理性质。例如，它们的电阻率较大而其温度系数小。有的材料有很大的拉伸强度，有的具有优异的抗腐蚀性，可与不锈钢相比。非晶态磁性合金具有随机变化的交换作用，可导致居里温度的改变（大多数材料居里温度变低）,同时在无序体系中,缺陷失去原有的意义。因而非晶态磁性固体可以在较低的外磁场下达到饱和，磁损耗减小。所以，非晶态合金具有多方面用途。

关于多孔物质的物理性质近年来已开始受到人们的注意。

无序体系是一个复杂的新领域，非晶态固体实际上是一个亚稳态。目前对许多基本问题还存在着争论，有待进一步的探索和研究（见非晶态材料）。

浅谈晶体缺陷及其应用

浅谈晶体缺陷及其应用 1103011036 周康粉体一班 摘要：晶体缺陷对晶体的力学性能既有有利的方面，也有不利的方面。少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。 关键词：晶体缺陷; 性能; 铁磁性; 电阻; 半导体材料；杂质 引言：在讨论晶体结构时，我们认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。所有的天然和人工晶体都不是理想的完整晶体，它们的许多性质往往并不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述。 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年弗仑克尔l首先指出，在任一温度

下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷. 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。2..线缺陷（一维缺陷）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 1.2.2、按缺陷产生的原因分类： 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义

浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义 重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业 摘要 简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处；以镁合金晶粒细化方法为主线，对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法，以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。同时，归纳了镁合金细化晶粒的意义。 关键词 镁合金 晶粒细化 熔体 固态形变 1 背景介绍 纯镁是银白色金属，熔点651℃，密度为1.74×103kg/m3，是最轻的工程金属[1]。镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点，而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C 等行业都拥有广泛的应用前景。但是镁合金密排六方的晶体结构特点，决定了在室温条件下独立滑移系少，导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。其次，镁合金强度偏低，无法应用于受力较大的工程环境，也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。 细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时，又提高塑性的方法。根据Hall-petch 公式21 0s -+=d k y σσ，材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。镁合金具有很大的系数k y ，所 有，细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。而且，由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时，各晶粒分担一定的变形量，使变形更加均匀，位错在晶界处塞积少，应力集中小，材料开裂的倾向减小，从而提高材料的塑性。 2 晶粒细化方法 目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法，笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化：熔体阶段细化和固态形变处理细化。 2.1 熔体阶段细化 2.1.1 过热处理法 过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。过热处理细化晶粒的机制是过热处理过程中形成了可以作为非均质结晶核心[7]。目前广泛认同的观点是Fe 等元素在镁熔体中的溶解的随温度变化很显著，随着温度的降低，Fe 在镁中溶解度急剧降低，在过热的熔体降温时，过热难容的铁将从液相中先析出，在凝固过程中成为α-Mg 的异质形核基底。过热处理在一定程度上可以细化晶粒，但是也存在很多缺陷。例如，将熔体加热到高温镁合金熔体会因大量溶解气体和杂质而质量下降，从而降低合金的综合性能，所以，过热处理法在工业上应用很少。 2.1.2 添加变质剂 添加变质剂可以改善合金的铸造性能和加工性能，使铸件组织细小均匀，因而提高合金的强度和塑性。加入的变质剂必须满足6点：①高温下化学成分不变，在熔体中有足够的稳定性，

固体物理中的晶体缺陷讲解

固体物理中的晶体缺陷 学院：化学化工与生物工程学院 班级：生物1301 学号： 131030114 姓名：李丹丹

固体物理中的晶体缺陷 1.国内外进展及研究意义 1.1 国内外对晶体缺陷的研究现状和发展动态 19世纪中叶布拉非发展了空间点阵，概括了点阵周期性的特征，1912年劳厄的晶体X 射线衍射实验成功后，证实了晶体中原子作规则排列，从理想晶体结构出发，人们发展了离子晶体的点阵理论和金属的电子理论，成功的计算了离子晶体的结合能，对于金属晶体的原子键能也有了初步了了解，并很好的解释了金属的电学性质。随后人们又认识到了晶体中原子并非静止排列，它在晶体中的平衡阵点位置作震动，甚至在绝对零度也不是凝固不动的，即还有所谓零点能的作用，从这个理论出发建立了点阵震动理论，从而建立了固体的比热理论。在20世纪20年代以后人们就发现晶体的许多性质很难用理想晶体结构来解释，提出晶体中有许多原子可能偏离规则排列，即存在有缺陷，并企图用此来解释许多用理想晶体结构无法解释的晶体性质。W.Schottky为了解释离子晶体的电介电导率问题，提出在晶体中可能由于热起伏而产生填隙离子和空位，而且发现食盐的电介导电率与这些缺陷的数目有关。随后为了解决晶体屈服强度的实验数据值与理论估计之间的巨大差别，又引进了位错这一晶体缺陷。今年来人们对晶体中各种缺陷有了更深刻的认识，建立了晶体缺陷理论。 理想晶体在实际中并不存在。实际晶体或多或少存在各种杂质和缺陷。国内外学者通过使用显微镜的对物质性能与缺陷的关系研究得相当多，也在一定意义上取得了可喜的进展。 1.2 晶体缺陷的研究意义 在晶体的生长及形成过程中，由于温度、压力、介质组分浓度等外界环境中各种复杂因素变化及质点热运动或受应力作用等其他条件的不同程度的影响会使粒子的排列并不完整和规则，可能存在空位、间隙粒子、位错、镶嵌结构等而偏离完整周期性点阵结构，形成偏离理想晶体结构的区域，我们称这样的区域为晶体缺陷，它们可以在晶格内迁移，以至消失，同时也可产生新的晶体缺陷。本文就晶体中所存在的各类缺陷做了详细说明，并且重点介绍了各类缺陷的成因及其特征。 偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，在晶体中缺陷并不是静止地、稳定不变地存在着，而是随着各种条件的改变而不断变动的。它们可以产生、发展、运动和交互

谈谈对石材缺陷的看法

谈谈对石材缺陷的看法 晏辉 （佳廉石材集团，顺德528313） 提要：此文简要介绍了石材裂纹、色斑等天然缺陷及其质量要求，并就装修中供需双方如何评价天然问题进行了探讨，以求抛砖引玉。 随着石材在室内外装修中的日益受宠，石材生产厂家、石材供应商同石材需求方的矛盾与经济纠纷不断增多。轻则损失几万元，重则损失数十万元甚至数百万元。尤为严重的是造成石材需求方大楼装修工程的停工待料，影响大楼整个装修工程的施工进度和大楼的按期开业，这种经济损失更是无法用金钱来估价。最后的结局是石材生产厂家，石材供应商与石材需求方之间对簿公堂，弄得两败俱伤，劳民伤财，严重影响了双方各自的正常生产和经营秩序。这种石材生产加工和经营中出现的不正常经济现象，究其原因大多是由于石材的天然而引起的纠纷。如果双方之间本着互相让利，求同存异的观点出发，这种问题的解决就好办得多了。 由于石材这种物质不同于任何其它装修材料，有着独有的特殊性。众所周知，石材是经过亿万年以上各种地质作用而形成的，其形成后的外在特征是很难通过事后的方法来补救。尽管目前各种石材表面修补技术不断诞生，但其修补后的效果毕竟还是很难取代石材天然艳丽的外观效果。又由于石材的生产厂家，石材供应商，同石材需求方在对石材特性上理解的不同，这就注定了两者之间必然产生纷争。 在石材日常生产加工中，常见的石材外观的缺陷有以下几种： 裂纹：岩石中存在的细小裂隙。有明裂隙、暗裂之分。明裂是指那些裂纹明显，石材未加工前从石材荒料外表面就能看出裂纹线且裂纹线延伸较长的那类裂纹。暗裂是指那些裂纹不明显，石标未加工前从石材荒料外表面很难辨别出裂纹线且裂纹线延伸较短的那类裂纹。裂纹的产生有天然的，也有可能是因为开采石材所采取的开采方法不合理所造成的。石材裂纹普遍存在于那些米黄类的石材（如旧米黄，莎安娜米黄，西班牙米黄）及大花白，雅士白等白色类的石材中，此外像紫罗红，啡网纹等也有，从众多的生产厂家的反映看，石材裂纹较普遍存在于大理石中。 色斑（色胆）：与石材表面基本颜色不一样的斑状物质或异样物质。色斑在石材中表现为无色、浅黄色、黄色的透明晶体状物；黑色、绿色、白色、锈斑状物质。石材色斑（色胆）较普遍存在于大花白，爵士白，雅士白等白色类的石材，以及西班牙米黄、紫罗红、珊瑚红、啡网纹、紫彩麻、幻彩红、啡珠麻等色类的石材中。 黄斑（锈斑）：与石材表面基本颜色不一致的黄色斑状物，原生于石材的表面。黄斑在大花白、大花绿中较为常见，某些花岗石中也有存在。 色线：与石材表面颜色花纹不一样的条纹状，条带状物质。在石材加工中常见的表现为红色或白色的晶体线。 砂眼：天然形成的具有一定深度的凹坑，直径在2mm以下，石材砂眼较普遍存在于金花米黄、金米黄、香槟红、银线米黄以及砂石类的石材中。 孔洞：天然形成的具有一定深度的凹坑，直径在2mm以上。石材孔洞较普遍存在于西班牙米黄、啡网纹，尤以啡网纹表现最为突出。 霉斑：天然形成的绿色或暗绿色霉状物质。霉斑较普遍存在于紫罗红、银线米黄、旧米黄类的石材中。 色差：在石材的表面所呈现出的与石材基本颜色不一致的另一类颜色，同石材基本颜色在人眼中所产生的视觉差别。色差较普遍存在于米黄类（尤以西班牙米黄、旧米黄最为突出）、紫罗红、大花绿这类石材中。 考虑到石材天然存在着以上所提到石材缺陷，国家建材局颁发了天然大理石，花岗石行业标准。

晶体中的缺陷

第三章晶体中的缺陷 第一节概述 一、缺陷的概念 大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构型被人们最早认识。因此目前(至少在80年代以前>人们理解的“固体物理”主要是指晶体。当然这也是因为客观上晶体的理论相对成熟。在晶体理论发展中，空间点阵的概念非常重要。 空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点，格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想，它是对晶体原子排列的抽象。空间点阵在晶体学理论的发展中起到了重要作用。可以说，它是晶体学理论的基础。现代的晶体理论基于晶体具有宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。 严格地说对称性是一种数学上的操作，它与“空间群”的概念相联系，对它的描述不属本课程内容。但是，从另一个角度来理解晶体的平移对称性对我们今后的课程是有益的。 所谓平移对称性就是指对一空间点阵，任选一个最小基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。考虑二维实例，如图3-1所示。 图3-1 平移对称性的示意图 在上面的例子中，以一个基元在二维方向上平移完全能复制所有的点，无一遗漏。这种情况，我们说具有平移对称性。这样的晶体称为“理想晶体”或“完整晶体”。

图3-2 平移对称性的破坏 如果我们对上述的格点进行稍微局部破坏，那么情况如何?请注意以下的复制过程，如图3-2所示。从图中我们看出：因为局部地方格点的破坏导致平移操作无法完整地复制全部的二维点阵。这样的晶体，我们就称之为含缺陷的晶体，对称性破坏的局部区域称为晶体缺陷。 晶体缺陷的产生与晶体的生长条件，晶体中原子的热运动以及对晶体的加工工艺等有关。事实上，任何晶体即使在绝对零度都含有缺陷，自然界中理想晶体是不存在的。既然存在着对称性的缺陷，平移操作不能复制全部格点，那么空间点阵的概念似乎不能用到含有缺陷的晶体中，亦即晶体理论的基石不再牢固。 幸运的是，缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。作为一种统计，一种近似，一种几何模型，我们仍然继承这种学说。因为缺陷存在的比例毕竟只是一个很小的量(这指的是通常的情况）。例如20℃时，Cu的空位浓度为3.8×10-17，充分退火后Fe 中的位错密度为1012m-2<空位、位错都是以后要介绍的缺陷形态）。现在你对这些数量级的概念可能难以接受，那没关系，你只须知道这样的事实：从占有原子百分数来说，晶体中的缺陷在数量上是微不足道的。 因此，整体上看，可以认为一般晶体是近乎完整的。因而对于实际晶体中存在的缺陷可以用确切的几何图形来描述，这一点非常重要。它是我们今后讨论缺陷形态的基本出发点。事实上，把晶体看成近乎完整的并不是一种凭空的假设，大量的实验事实

浅谈粗晶材料及其超声检测技术

浅谈粗晶材料及其超声检测技术 安东石油技术（集团）有限公司陈先富 [摘要]本文介绍了几种常见粗晶材料的组织结构特点，理论上分析了粗晶材料晶粒度对超声检测的影响，总结了粗晶材料的现有超声检测方法。 超声检测是常规无损检测方法之一。与其他方法相比，超声检测具有灵敏度高、穿透力强、指向性好、检测速度快、成本低等优点，因此在机械制造、冶金、航空航天、石油化工、铁路运输等众多工业领域中得到了广泛应用。然而，当被检测材料的微观结构（如钢中的晶粒和铸铁中的石墨片）较大时，会造成严重的材料噪声和声波衰减，致使超声检测的高灵敏度、强穿透力等优越性严重下降。因此，提高强散射材料缺陷检出能力和信噪比是无损检测领域中的重要研究课题。 粗晶材料是超声探伤中经常遇到的强散射材料，其对超声检测能力的影响是由材料本身组织特点决定的。 1．几种常见粗晶材料 ⑴奥氏体不锈钢 工业生产中，通过向钢中添加镍、锰、氮等奥氏体化合金元素，抑制奥氏体转化温度，使常温下奥氏体相呈稳定状态，以获得奥氏体不锈钢。奥氏体钢冷却时不经过相变，常温下的晶粒就是高温时的粗大奥氏体晶粒。这使奥氏体不锈钢对超声的散射很大，散射信号作为噪声，在探伤仪屏幕上呈现草状回波，同时散射使衰减增大，缺陷信号强度大大降低。另外，奥氏体钢的热处理（如固溶处理）并不能改变其奥氏体组织，无法细化晶粒。因此，奥氏体不锈钢铸件都是粗晶粒的，很难进行超声探伤[1]。 ⑵灰铸铁 灰铸铁中含碳量高（大于2.11%），材料内部含有大量片状石墨。若进行超声检测，这些片状石墨和粗大晶粒会造成非常显著的散射回波和信号衰减，因此，通常灰铸铁件很难采用超声探伤[2]。 ⑶粗晶钛合金 相比粗晶奥氏体不锈钢和铸铁件，粗晶钛合金的晶粒要细些，晶粒度通常要小几个级别。但由于钛合金往往用在飞机发动机等重要部件中，要求检出缺陷的尺寸小，对超声检测的灵敏度要求很高。 可以看出：粗晶材料所含晶粒是影响超声检测的主要因素。 2．材料晶粒度对超声检测的影响 材料晶粒度对超声检测的影响表现在散射和衰减两个方面。 超声无损检测对象，通常是多晶体金属材料，其内部由大量随机分布的晶粒和晶界间夹杂物组成。超声信号进入材料内部，会在各种界面发生散射。 超声波散射与材料晶粒平均直径有关,当晶粒平均直径-d与波长λ的比值小 于0.1时，散射现象微弱，对超声检测不会造成大的影响；而当比值大于0.1时，散射现象将显著增强，超声检测的信噪比降低灵敏度下降。另外,超声波的散射还与材料各向异性程度、超声波频率等因素有关。在瑞利散射区，散射系数

声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析剖析

本科生设计（论文） 论文题目：声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析姓名： 学院：海洋港口学院 专业：12机械制造及其自动化（港口）（师范）学号： 指导教师：丁红星

声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析 一、绪论 1.1课题背景 现代社会对噪声防治和处理的各种要求，促进了当代噪声控制工程技术的迅猛发展。工程中对噪声进行处理最常用而有效的技术措施就是安装适当的隔声材料。因此，对隔声材料进行开发研究具有十分重要的意义。 声子晶体是一种新型隔声材料，存在弹性波禁带，落在禁带范围内的弹性波在声子晶体中传播时会强烈的衰减，其衰减程度远远大于质量密度定理的预测值。因此声子晶体在噪声与振动的控制方面有着巨大的潜力。本文以声子晶体在中低频隔声的实际应用为切入点，针对布拉格散（Bragg）射型声子晶体和局域共振声子晶体，系统地研究其禁带的产生以及影响禁带特性的各种因素，通过有限元仿真与实验验证完成声子晶体在隔声功能上的应用尝试。 声子晶体复合材料的自身特性决定了其带隙影响因素的多样性，因此有必要对其带隙的影响因素进行全面的研究分析，通过对各个参数对带隙的影响情况的分析来判断声子晶体在中低频范围内隔声应用的可行性，为下一步的仿真计算和实验验证中声子晶体各参数的选择提供理论依据。 传统的隔声材料种类繁多，从定义上讲所有的对声波有阻隔作用的材料都可以称为隔声材料，实际的隔声工程实施中经常采用的隔声材料有各种金属板、石膏板、木板以及复合板材。由于它们大多都属于均匀介质结构，其隔声量都遵循质量密度定理，即材料的隔声性能与面密度有关，面密度增加一倍隔声量将会增大 6 分贝。因此要获得较好的隔声效果就必须要增加隔声材料的密度。然而在实际的应用当中，增加隔声材料密度会带来施工成本以及施工难度的急剧增大，这也限制了传统隔声材料的应用范围。因此工程应用当中对新型轻质隔声材料的需求非常迫切。 声子晶体材料是近几十年研究状况非常热门的一种新型功能性隔声材料，其本质是

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第四章 晶格结构中的缺陷 4.1 试证明，由N 个原子组成的晶体，其肖托基缺陷数为 s B k T s n Ne μ?= 其中s μ是形成一个空位所需要的能量。 证明：设由N 个原子组成的晶体，其肖托基缺陷数为s n ，则其微观状态数为 !()!s ! s s N P N n n =? 由于s μ个空位的出现，熵的改变 []!ln ln ln ()ln()ln ()!! B s B B s s s s s s N S k P k k N N N n N n n n N n n Δ===????? 晶体的自由能变化为 []ln ()ln()ln s s s s B s s s F n T S n k T N N N n N n n n μμ=?Δ=?????s 要使晶体的自由能最小 B ()ln 0s s s s T n F u k T n N ?????Δ=+=??????????n 整理得 s B k T s s n e N n μ ?=? 在实际晶体中，由于, s n N <

半导体论文

浅谈半导体材料 半导体材料的发展与器件紧密相关。1941年用多晶硅材料制成检波器，是半导体材料应用的开始，1948~1950年用切克劳斯基法成功的拉出了锗单晶，并用它制成了世界上第一个具有放大性能的锗晶体三极管。1951年用四氯化硅锌还原法制出了多硅晶，1952年用直拉法成功拉出世界上第一根硅单晶，同年制出了硅结型晶体管，从而大大推进了半导体材料的广泛应用和半导体器件的飞速发展。 一．半导体材料的分类： 半导体材料是导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内。 半导体材料可按化学组成来分，再将结构与性能比较特殊的非晶态与液态半导体单独列为一类。按照这样分类方法可将半导体材料分为元素半导体、化合物半导体、有机半导体、固溶体半导体和非晶态与液态半导体。元素半导体大约有十几种，处于ⅢA族—ⅦA族的金属元素与非金属元素交界处，如Ge，Si，Se，Te等；化合物半导体分为二元化合物半导体和多元化合物半导体；有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物、和高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳-碳双键有机化合物，电导率为10-10~102Ω·cm。固溶体半导体是由两个或多个晶格结构类似的元素化合物相融合而成，有二元系和三元系之分，如ⅣA-ⅣA组成的Ge-Si固溶体，ⅤA-ⅤA组成的Bi-Sb固溶体。原子排列短程有序、长程无序的半导体成为非晶态半导体，主要有非晶硅、非晶锗等。 二．半导体材料的制备工艺： 不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求，包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。 所有的半导体材料都需要对原料进行提纯，要求的纯度在6个“9”以上，最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类，一类是不改变材料的化学组成进行提纯，称为物理提纯；另一类是把元素先变成化合物进行提纯，再将提纯后的化合物还原成元素，称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等，使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精

浅谈石英晶体振荡器的发展前景

浅谈石英晶体振荡器的发展前景 摘要：分析石英晶体振荡器的国内外发展现状、技术发展趋势和市场前景。广泛应用于融合通信、导航、卫星、雷达、测绘等领域，需求量以每年38%快速增长，未来具有广阔的市场空间。 关键词：石英晶体振荡器趋势市场 石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC（线圈和电容）谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件. 一、石英晶体振荡器的基本原理 1、石英晶体振荡器的结构 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。 2、压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 3、谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。根据石英晶体的等

晶体微观缺陷对材料性能的影响

晶体微观缺陷对材料性能的影响 一、什么是晶体缺陷？ 大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构型被人们最早认识。人们理解的“固体物理”主要是指晶体。在空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点，格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想，它是对晶体原子排列的抽象。空间点阵在晶体学理论的发展中起到了重要作用。可以说，它是晶体学理论的基础。现代的晶体理论基于晶体具有宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。严格地说对称性是一种数学上的操作，它与“空间群”的概念相联系，所谓平移对称性就是指对一空间点阵，任选一个最小基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。 在我们讨论晶体结构时，认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年Frenkel 首先指出，在任一温度下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷。 二、晶体中有哪些常见的缺陷类型？ 缺陷是一种局部原子排列的破坏。按照破坏区域的几何形状，缺陷可以分为四类点缺陷、缺陷、面缺陷和体缺陷。 点缺陷：又称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，在三维方向上尺寸都很小（远小于晶体或晶粒的线度），典型代表有空位、间隙原子等。点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 线缺陷：又称一维缺陷，指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。包括螺型位错与刃型位错等各类位错，线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 面缺陷：又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。包括晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 体缺陷：又称为三维缺陷，指晶体中在三维方向上相对尺度比较大的缺陷，和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷。固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 然而，按缺陷产生的原因分类，又可以分为：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。 热缺陷：又称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖脱基缺陷（Schottky defect） 热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加

浅析连铸结晶器保护渣渣圈

浅析连铸结晶器保护渣渣圈 王爱兰刘平陈建新 (包钢（集团）公司技术中心，包头 014010) 摘要：通过对连铸结晶器保护渣渣圈形成原因的剖析，结合生产实际分析并讨论了 影响渣圈形成的因素及对保护渣使用性能的影响。 关键词：连铸结晶器保护渣渣圈 Analyse of slag circule to mould powder WANG Ailan Liu Ping Chen Jianxin (Technology center of Baotou Iron and Steel(Group)Co) Abstract: this paper analyse forming factors of slag circule to mould powder and application performance of mould powder in according to production. Keywords: mould powder slag circule of mould powder 1 前言 连铸保护渣是直接影响连铸稳定生产和改善铸坯质量的一种消耗性材料，在结晶器中必须保证合适的熔渣层结构才能充分发挥其五大冶金功能：覆盖保温、防止二次氧化、吸收夹杂、在结晶器与铸坯间起润滑作用和改善结晶器与铸坯间的传热。其中最重要的两个冶金功能是“润滑”和“控制传热”，这两个功能的良好发挥是借助于熔融保护渣充填到结晶器壁和坯壳之间的缝隙内形成渣膜得以实现，而渣膜又受流入结晶器壁的熔渣量控制，熔渣流入量与渣圈之间存在着内在的联系。深入研究渣圈结构特征及其与冶金功能之间的关系具有实际意义。 2 连铸结晶器保护渣渣圈的形成及对使用性能的影响 连铸结晶器保护渣渣圈是在熔渣与结晶器壁之间高梯度温度场内形成的[1]。保护渣在浇注条件下，结晶器的上下运动和熔渣的粘滞流动使熔渣由弯月面流向结晶器和铸坯之间，粘附在结晶器的铜壁上，起润滑作用，使铸坯顺利拉出铸机。在熔渣的流入过程中，高温状态

浅谈石墨烯的研究

浅谈石墨烯的研究 1. 前言 碳是一种既普遍又非常奇妙的元素，它广泛存在于动植物生命体，岩石矿物等自然界物质中。它既能构成自然界己知最坚硬的物质(金刚石)，也能组成石墨这种较软的材料。自富勒烯和碳纳米管被科学家发现后，三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒烯组成了完整的碳系家族。但是，石墨本身并非算是真正意义上的二维材料，单层碳原子厚度的石墨才是准二维结构的碳材料。由于二维晶体在平面内具有无限重复的周期结构，但在垂直平面的方向只具有纳米尺度，可以看作是宏观尺寸的纳米材料，表现出许多独特的性质。因此，人们一直在试图找到一种方法来制备出碳元素的准二维材料。 科学家在20世纪40年代就对类似石墨烯的结构进行过理论研究，但长久以来，科学家们—直认为这种纯粹的二维晶体材料是无法稳定存在的，一些试图制备石墨烯的工作也均以失败而告终。在石墨烯被发现之前，理论和实验都认定严格的二维晶体因为热力学不稳定而无法存在，原子单层只能作为三维结构的基本组成单位而非独立存在。然而，至2004年，原先盛行的观点被动摇了，英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov等利用胶带剥离高定向石墨的方法获得了独立存在的二维石墨烯晶体[1]（图1）。2008年8月，盖姆讲述了他们当初如何制造石墨烯的故事：2004年，盖姆买了一大块高定向热解石墨，这是一种纯度非常高、通常用于分析的石墨材料。盖姆把它交给了他新来的一位博士生，并给了他一台非常高级的抛光机，希望他能制作出尽可能薄的薄膜。三个星期过后，这位博士生拿着一个培养皿告诉盖姆说做好了。盖姆用显微镜观察培养皿底部的石墨斑，发现那足有10微米厚，相当于1000层石墨烯的厚度。盖姆于是问他，能不能磨得再薄一些?他告诉盖姆，那还再需要一块石墨。这种石墨每块大约要300美元。盖姆承认自己当时的态度可能不太好，于是，那位博士生对盖姆说：“既然你这么聪明，那你就自己试试吧。”盖姆只得自己做了，不过他采用了一种非常“土”的方法。因为石墨具有完整的层状解理特性，可以按层剥离。于是，盖姆用透明胶带在石墨上粘一下，这样就会有石墨层被粘在胶带上。盖姆把胶带对折后，粘一下再拉开，这样，胶带两端都沾有石墨层，石墨层又变薄了。如此反复多次，胶带上的石墨层薄到只有一个碳原子的厚度时，石墨层也就变成了石墨烯。这个看上去非

浅析棒材表面裂纹特点及产生原因解读

浅析棒材表面裂纹特点及产生原因 引言： 表面裂纹是热轧棒材表面缺陷中最常见的一种,为清除这些缺陷,往往不得不花费大量的人力物力,有时还会严重影响企业的正常生产和经济效益。二轧车间自09年元月投产以来，生产的产品经常有表面裂纹的缺陷产生，8月中旬以后，表面裂纹尤其严重，不同钢种，不同规格，热送和冷装均出现裂纹，没有明显的规律，因表面裂纹压钢1400余吨，给轧钢精整工段的修磨工作带来巨大的压力。为此，轧钢部专门成立攻关小组，会同炼钢及质量部，对裂纹的产生原因进行了分析，取得了一些成效，但由于种种原因，没有达到预期的效果。结合对现场裂纹钢材一些数据的统计,参考国内相关专家的一些研究结果,提出了一些看法,希望能对解决二轧热轧棒材表面裂纹问题有所帮助。 1、裂纹的常见种类及特点： 1.1 裂纹分类 由于查不到棒材表面裂纹的准确分类，参照其他厂家的习惯，我们将表面裂纹 分为以下几类： 直型裂纹:指裂纹总长60%以上基本呈直线且偏角小于30度的裂纹。 曲型裂纹(不规则裂纹):除直型裂纹以外的裂纹。 长型裂纹:指裂纹长度大于等于300mm的表面裂纹。 短型裂纹:指裂纹长度小于300mm的表面裂纹。 宽型裂纹:指裂纹最大宽度大于等于1mm的表面裂纹。 窄型裂纹:指裂纹最大宽度小于1mm的表面裂纹。 深型裂纹:指裂纹深度大于0.4表面裂纹。 浅型裂纹:指裂纹深度小于0.4表面裂纹。 密型裂纹:指在圆周角小于等于30度所对应的圆周面上裂纹条数大于等于3条 的裂纹。 疏型裂纹:指在圆周角小于等于30度所对应的圆周面上裂纹条数小于3条的裂

纹。 由于二轧出现的裂纹对钢种没有特殊的针对性，为简化分析，主要针对45#钢进行统计分析，统计分析的批次其化学成分符合45#钢的标准要求。 1.2 二轧车间裂纹的特点： 我们对这些裂纹进行了仔细观察，总结了这些裂纹的表观特征：中间宽，两头细，呈凸透镜状，绝大多数裂纹长约10～30mm，中间宽约1～2mm，这些裂纹有单独出现的，大部分成簇状出现的，另外一部分是直长型，有通根长的，也有中间间断的出现，还有一部分就是密集不规则型。故在分析原因时我们分为以下几类： ①直长裂纹 ②直、短、宽型裂纹 ③密集不规则型裂纹 ④发纹 2、形成表面裂纹的原因： 2.1 直长裂纹的形成原因 与轧制方向相同，呈直线或锯齿状，较长，有的甚至与轧面等长，连续或断续分布在轧材局部或全长，一般分布面不广，宏观为直长裂纹。金相高倍观察时发现，周边基体组织正常，部分裂纹处有脱碳现象，但脱碳层不深。裂纹槽底平直，裂纹源与裂纹末端形状差别不大，裂纹中或裂纹源处往往含有氧化铁（皮）夹杂。由此可见，细、直、长深型裂纹实质上就是折叠。在排除坯料表面的严重划伤的情况下，这种折叠现象是在轧制过程中由于出现耳子在翻转轧制压合形成的。 对于直长裂纹的成因，国内炼钢、轧钢专业的人员，已经形成共识，除非炼钢连铸后的运输过程中有严重的划伤，直长型裂纹大部分是轧制裂纹,其中直长深型裂纹实质是折迭裂纹、直长浅型大部分为拉丝裂纹。曾经在二轧车间发现的直长深的裂纹，经最后的确认，是由于连铸坯在连铸后运送过程中划伤的，这种情况其实是由于坯料检查检验过程出了问题，是生产组织和管理的问题，是完全可能避免的，所以本文排除这种情况。 2.2直、短、宽型裂纹的致因 这种裂纹呈短直线，与轧制方向同，两头尖，中间宽，分布无规律，分布面较广，裂纹较深。

固体物理答案补充

补充计算题 19.在离子晶体中,由于,电中性的要求,肖特基缺陷都成对地产生,令n 代表正负离子空位的对数,E 是形成一对肖特基缺陷所需要的能量,N 为整个离子晶体中正负离子对的数目,（1）证明T k E B Ne n 2/-=.（2）试 求有肖特基缺陷后,体积的相对变化V V V ./?为无缺陷时的晶体体积. [解答] （1）由N 个正离子中取出n 个正离子形成 n 个空位的可能方式数为 ! )!(!1n n N N W -= 同样.由 个负离子中取出 个负离子形成 个空位的可能方式数也为 ! )!(!2n n N N W -=. 因此,在晶体中形成 对正,负离子空位的可能方式数为 211!)!(!?? ????-==n n N N W W W 与无空位时相比,晶体熵的增量为 ! )!(!121n n N N n k nW k S B B -==? 若不考虑空位的出现对离子振动的影响,晶体的自由能 !)!(!1200n n N N n T k nE F S T nE F F B --+=?-+=, 其中0F 是只与晶体体积有关的自由能,利用平衡条件 0=??? ????T n F 及斯特林公式nN N N nN N nN 11!1≈-= 得 []n n n N nN N n T k E n F B T 1)(12---??-=??? ???? 012=--=n n N n T k E B . 由此得T k E B e n N n 2/-=-. 由于n N >>,因此得 T k E B Ne n 2/-=. （2）肖特基缺陷是晶体内部原子跑到晶体表面上,而使原来的位置变成空位,也就是说,肖特基缺陷将引起晶体体积的增大,设每个离子占据体积为v 则当出现 n 对正、负离子空位时,所增加的体积为nv V 2=?. 而晶体原体积为Nv V 2=. 由以上两式及上题中的结果T k E B Ne n 2/-= 得T k E B e N n V V 2/-==?.

浅谈硅片缺陷的控制

浅谈硅片缺陷的控制 【摘要】太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，近年发展势头迅猛。硅片作为太阳能电池的核心元件，其质量直接影响到太阳能电池的整体性能。本文介绍了硅片缺陷控制的技术措施。 【关键词】硅片；缺陷控制 引语 在光伏产业中，硅片的质量在很大程度上影响到成品太阳能电池的短路电流、和断路电压等参数，决定了太阳能电池的发电效率和使用寿命。在现有技术允许的范围内，最大限度地减少硅片中的缺陷，提高硅片的纯度和质量，是提升太阳能电池性能的必然途径。目前硅片的缺陷包括点缺陷和晶体原生凹坑缺陷以及金属杂质缺陷等。本文就这些硅片缺陷的控制阐述了一些观点。 1、硅片中点缺陷控制 硅中的点缺陷包括本征点缺陷和非本征点缺陷。其中，硅的本征点缺陷是指空位和自间隙原子；而硅中的杂质原子则是非本征点缺陷。所谓空位和自间隙原子，均是由于硅原子的热运动产生的。硅中的原子在热运动的作用下，脱离了晶格格点，游离在晶格间隙中间，就形成了自间隙原子；而因硅原子脱离而留下的空的格点，即是空位。很明显，硅的本征点缺陷的浓度主要受温度的影响。而硅的非本征点缺陷，也就是杂质原子缺陷是指杂质原子占据了硅晶体中的晶格位置。硅片的电学性能乃至成品率都在很大程度上受到金属杂质的影响。点缺陷的凝聚会生成更多更严重的缺陷。 对于SOI硅片中的点缺陷控制方法主要是注氧隔离（SIMOX）技术。即通过向高能状态下的硅片中注入高剂量的氧离子。然后将硅片进行退火处理以在硅片中形成连续的埋层，而埋层之上则形成单晶体硅层。该技术是利用氧离子与硅原子的化学反应产生的应力，向外发射硅片中的自间隙原子，并使得自间隙原子扩散到硅层表面，形成表面的原子。这种方法可以显著得降低硅片中自间隙原子和空位的浓度。 2、硅片中晶体原生凹坑缺陷的控制 硅片在清洗液中清洗后，可以发现有小的凹坑。这种来自于硅晶体内部的缺陷，即所谓晶体原生凹坑缺陷（COP）。太阳能电池板的性能与COP缺陷有着密切的关系。 目前的研究表面，COP缺陷是空位点缺陷聚集而成的，主要决定于拉晶速率V和固液交界的温度梯度G有关。当V/G等于某个临界值时，硅片中只会产

浅谈晶体缺陷及其应用

浅谈晶体缺陷及其应用 摘要：晶体缺陷对晶体的力学性能既有有利的方面，也有不利的方面。少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。关键词：晶体缺陷; 性能; 铁磁性; 电阻; 半导体材料；杂质 引言：在讨论晶体结构时，我们认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。所有的天然和人工晶体都不是理想的完整晶体，它们的许多性质往往并不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述。 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年弗仑克尔l首先指出，在任一温度下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷. 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包 括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 2..线缺陷（一维缺陷）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 4.体缺陷：也称为三维缺陷，指晶体中在三维方向上相对尺度比较大的缺陷，和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷。 固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 1.2.2、按缺陷产生的原因分类： 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。 1.热缺陷