位错切过

1. 简述刃型位错和螺型位错，并全面比较两者有何不同？

答: 位错是晶体原子排列的一种特殊组态，从位错的几何结构来看，可将它们分为两种基本类型，即刃型位错和螺型位错。已滑移区与未滑移区在滑移面上的交接线，称为位错线，一般简称为位错。 刃型位错：在金属晶体中，由于某种原因，晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半原子面。这个多余的半原子面有如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线。这种线缺陷称为刃型位错。 螺型位错：又称螺旋位错,一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。围绕位错线原子的位移矢量称为滑移矢量或伯格斯(Burgers)矢量，对于螺型位错，位错线平行于伯格斯矢量。 刃型位错的特征：

1、刃型位错有一个多余半原子面。半原子面在上面的称正刃型位错，半原子面在下面的称负刃型位错。

2、刃型位错线可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区在滑移面上的边界线。它不一定是直线，可以是折线也可以是曲线，但它必与滑移方向垂直，也垂直滑移矢量。

3、滑移面必是包含位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此有它们所构

第5章

位错基础

1.刃位错、 螺位错、

混合位错

●位错是已滑移区和为滑移区的边界。 ●位错是细长的管状缺陷，位错中心附近晶格发生很大的畸变。 ●位错线不能终止在晶体内部。

ーーー终止在表面、境界处，在晶体内部形成三维网络或封闭的位错环。

2. 柏氏回路、柏氏矢量

b QM

1.规定位错方向，一般取出直面方向 2.在晶体中围绕位错作一个右旋闭合回路(回路应在好区) 3.在完整晶体中作相同的回路，并由终点向始点做一矢量---柏氏矢量

柏氏矢量与位错线 L 的关系刃位错：b ┴L 螺位错： b // L

b be bsb b sin ,e

混合位错： b×L

b b cos s

柏氏矢量与位错滑移方向v的关系刃位错：b //v 螺位错： b ┴ v 混合位错： b×v

※ b, L, v, V之间的关系 ：

柏氏矢量与晶体滑移方向V的关系刃位错：b //V 螺位错： b // V 混合位错： b//V

当位错线L沿v方向运动时，以 位错运动面为界面，LXv所指的 那部分晶体沿b方向运动(V)此规律适用于任何形式的完成运动

位错的运动位错的运动方式滑移攀移

滑移面：bXL,驱动力：滑移面上切应力攀移面：垂直于柏氏矢量的面 驱动

第5章

位错基础

1.刃位错、 螺位错、

混合位错

●位错是已滑移区和为滑移区的边界。 ●位错是细长的管状缺陷，位错中心附近晶格发生很大的畸变。 ●位错线不能终止在晶体内部。

ーーー终止在表面、境界处，在晶体内部形成三维网络或封闭的位错环。

2. 柏氏回路、柏氏矢量

b QM

1.规定位错方向，一般取出直面方向 2.在晶体中围绕位错作一个右旋闭合回路(回路应在好区) 3.在完整晶体中作相同的回路，并由终点向始点做一矢量---柏氏矢量

柏氏矢量与位错线 L 的关系刃位错：b ┴L 螺位错： b // L

b be bsb b sin ,e

混合位错： b×L

b b cos s

柏氏矢量与位错滑移方向v的关系刃位错：b //v 螺位错： b ┴ v 混合位错： b×v

※ b, L, v, V之间的关系 ：

柏氏矢量与晶体滑移方向V的关系刃位错：b //V 螺位错： b // V 混合位错： b//V

当位错线L沿v方向运动时，以 位错运动面为界面，LXv所指的 那部分晶体沿b方向运动(V)此规律适用于任何形式的完成运动

位错的运动位错的运动方式滑移攀移

滑移面：bXL,驱动力：滑移面上切应力攀移面：垂直于柏氏矢量的面 驱动

2.4 位错的弹性性质

位错的弹性性质是位错理论的核心与基础。它考虑的是位错在晶体中引起的畸变的分布及其能量变化。处理位错的弹性性质有若干种方法，主要的有：连续介质方法、点阵离散方法等。从理论发展和取得的效果来看，连续介质模型发展得比较成熟。我们仅介绍位错连续介质模型考虑问题的方法和计算结果，详细的数学推导不作介绍，有兴趣的同学可进一步阅读教学参考书。

一、位错的连续介质模型

早在1907年，伏特拉(Volterra)等在研究弹性体形变时，提出了连续介质模型。位错理论提出来后，人们借用它来处理位错的长程弹性性质问题。 1.位错的连续介质模型基本思想

将位错分为位错心和位错心以外两部分。在位错中心附近，因为畸变严重，要直接考虑晶体结构和原子间的相互作用。问题变得非常复杂，因而，在处理位错的能量分布时，将这一部分忽略。在远离位错中心的区域，畸变较小，可视作弹性变形区，简化为连续介质。用线性弹性理论处理。即位错畸变能可以通过弹性应力场和应变的形式表达出来。对此，我们仅作一般性的了解。 2.应力与应变的表示方法 (1)应力分量 如图1所示。物体中任意一点可以抽象为一个小立方体，其应力状态可用9个应力分量描述。它们是：

图1 物体中一

位错蚀坑的观察

一、实验目的

使用金相显微镜观察晶体中的位错。 二、实验原理

当以适当的化学浸蚀法、电解浸蚀法进行浸蚀，以及在真空或其他气氛中进行加热时，位错线在晶体表面的露头处会由于位错应力场而发生腐蚀，或由于晶体表面张力与位错线张力趋于平衡状态的作用而使金属被扩散掉，在位错的位置形成蚀坑，借助一般金相显微镜或扫描电镜观察蚀坑便能判断位错的存在。为了证明蚀坑与位错的一致对应关系，可将晶体制成薄片，若在两个相对的表面上形成几乎一致的蚀坑，便说明蚀坑即位错。此外，在台阶、夹杂物等缺陷处形成的是平底蚀坑，很容易地区别于位错露头处的尖底蚀坑。

图 6-1 位错蚀坑在各晶面上的形状和取向

图 6-2 硅单晶体 {111} 晶面上的刃型 ( a ) 和螺型 ( b ) 位错蚀坑 1000 ×

位错蚀坑的形状与晶体表面的晶面有关。譬如，对于立方晶系的晶体，位错蚀坑在各晶面上的形状和取向如图 6-1 所示。观察面为｛ 111 ｝晶面，位错蚀

坑呈正三角形漏斗状；在｛ 110 ｝晶面上的位错蚀坑呈矩形漏斗状；在｛ 100 ｝晶面上的位借蚀坑则是正方形漏斗状。因此，按位错蚀坑在晶体表面上的几何形状，可以反推出观察面是何晶面，并且按蚀坑在晶体表面上的几何形

位错蚀坑的观察

一、实验目的

使用金相显微镜观察晶体中的位错。 二、实验原理

当以适当的化学浸蚀法、电解浸蚀法进行浸蚀，以及在真空或其他气氛中进行加热时，位错线在晶体表面的露头处会由于位错应力场而发生腐蚀，或由于晶体表面张力与位错线张力趋于平衡状态的作用而使金属被扩散掉，在位错的位置形成蚀坑，借助一般金相显微镜或扫描电镜观察蚀坑便能判断位错的存在。为了证明蚀坑与位错的一致对应关系，可将晶体制成薄片，若在两个相对的表面上形成几乎一致的蚀坑，便说明蚀坑即位错。此外，在台阶、夹杂物等缺陷处形成的是平底蚀坑，很容易地区别于位错露头处的尖底蚀坑。

图 6-1 位错蚀坑在各晶面上的形状和取向

图 6-2 硅单晶体 {111} 晶面上的刃型 ( a ) 和螺型 ( b ) 位错蚀坑 1000 ×

位错蚀坑的形状与晶体表面的晶面有关。譬如，对于立方晶系的晶体，位错蚀坑在各晶面上的形状和取向如图 6-1 所示。观察面为｛ 111 ｝晶面，位错蚀

坑呈正三角形漏斗状；在｛ 110 ｝晶面上的位错蚀坑呈矩形漏斗状；在｛ 100 ｝晶面上的位借蚀坑则是正方形漏斗状。因此，按位错蚀坑在晶体表面上的几何形状，可以反推出观察面是何晶面，并且按蚀坑在晶体表面上的几何形

陶瓷材料和聚合物材料虽然比较脆，但也有滑移面的存在。金属材料的变形主要是通过滑移实现的，位错对于理解金属材料的一些力学行为特别有用。而位错理论可以解释材料的各种性能和行为，特别是变形、损伤和断裂机制，相应的学科为塑性力学、损伤力学和断裂力学。另外，位错对晶体的扩散和相变等过程也有较大影响。

首先，滑移解释了金属的实际强度与根据金属键理论预测的理论强度低得多的原因。此外，金属材料拉伸断裂时，一般沿450截面方向断裂而不会沿垂直截面的方向断裂，原因在于材料在变形过程中发生了滑移。

其次，滑移赋予了金属材料的延性。如果材料中没有位错，铁棒就是脆性的，也就不可能采用各种加工工艺，如锻造等将金属加工成有用的形状。 第三，通过干预位错的运动，进行合金的固溶强化，控制金属或合金的力学性能。把障碍物引入晶体就可以阻止位错的运动，造成固溶强化。如板条状马氏体钢( F12钢)等。

第四，晶体成型加工过程中出现硬化，这是因为晶体在塑性变形过程中位错密度不断增加，使弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强，因而位错运动变得越来越困难。

第五，含裂纹材料的疲劳开裂和断裂、材料的损伤机理以及金属材料的各种强化机制都是以位错理论为基础。 金属的强化

水平法生长高掺杂GaAs单晶中位错的控制

尤宏涛、武壮文

摘要：本文住要阐述了低位错水平砷化镓单晶制备方法及晶体生长过程中位错产

生的原因

关键词：低位错水平砷化镓单晶

Abstact: This paper illustrated the methods of processing low

dislocation HB-GaAs single crystals and argued the causes of generating dislocation

Keyword dislocation HB-GaAs single crystal 一、前言

随着信息时代的来临，半导体器件已是信息产业的主要支柱。Si虽然是现时代半导体器件的主要材料，但是当前电子技术的发展，已使得市场对电子器件和材料的要求不断提高，使得Si已无法满足市场的需求，同时GaAs,GaP,InP等一批半导体材料生产技术的成熟及其优良的性能，已有能力替代Si材料来制备高性能的电子器件。由于GaAs化合物半导体的本身特点，近年来已广泛应用于光电器件和微波及太阳能电池等方面,特别是无位错GaAs材料在激光衬底材料的应用正在日益扩大

二、实验与实验方法.

实验是在新型水平单晶

半导体中位错的影响 ——张辉 理想完整晶体中，原子按一定的次序严格地处在空间有规则的、周期性的格点上。但在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷，它破坏了晶体的对称性。其中晶体缺陷包括3种：点缺陷、线缺陷和面缺陷。

位错是典型的线位错，有刃型位错、螺旋位错。晶体中沿某一条线附近的原子排列偏离了理想的晶体点阵结构，从而在一维方向上构成一定尺度的结构缺陷。这种缺陷只在一个方向上延伸，又称为一维缺陷。 位错对半导体的影响有以下四方面： 1.位错可起一定的施主和受主作用：

Si、Ge中的60o棱位错存在有一串悬挂键, 可以接受电子而成为一串负电中心, 起受主作用，也可以失去电子而成为一串正电中心, 起施主作用；这些受主或施主串形成的能级实际上组成一个一维的很窄的能带。不过, 单纯的位错即使浓度达到105/cm2,它所提供的载流子浓度也只是约1012/cm3，故对半导体的导电性能的影响实际上不大；但是, 当位错密度较高时, 它将对n-型半导体中的施主有补偿作用, 使电子浓度降低（对p-型半导体未发现位错的补偿作用）。

1 证明位错线不能终止在晶体内部。

解：设有一位错C 终止在晶体内部，如图所示，终点为A。绕位错C 作一柏氏回路L1，得柏氏矢量b。现把回路移动到L2 位置，按柏氏回路性质，柏氏回路在完整晶体中移动，它所得的柏氏矢量不会改变，仍为b。但从另一角度看，L2 内是完整晶体，它对应的柏氏矢量应为0。这二者是矛盾的，所以这时不可能的。

2 一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?

螺位错的柏氏矢量与位错线平行，而一个位错只有一个柏氏矢量，一个位错环不可 能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺位错。刃位错的柏氏矢量与 位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃位错。这种位 错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。

3.错环上各部分位错性质是否相同？

通过位错环上各部分位错线与柏氏矢量之间的夹角判断：

(1) 若一个位错环的柏氏矢量垂直于位错线上各点位错，则该位错环上各点位错性质相同，均为刃型位错。

(2) 若一个位错环的柏氏矢量平行于位错环所在的平面平行，则有的为纯刃型，有的为纯螺型，有的为混合型。

(3) 若一个位错环的柏氏矢量与位错环所在平面呈一定角度时，位错环上各点均为混合型位