第五章 位錯(cuò)和層錯(cuò)的電子衍射襯度分析-大學(xué)ppt

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1、第五章位錯(cuò)和層錯(cuò)的電子衍射襯度分析5.1位錯(cuò)柏氏矢量b的測(cè)定5.1.1判據(jù)的確立g:對(duì)襯度作出主要貢獻(xiàn)的操作反射的倒易矢量;R:位錯(cuò)對(duì)完整晶體帶來(lái)的位移矢量;當(dāng)g┴R時(shí),g?R=0缺陷存在時(shí),缺陷附近晶體柱的畸變不完整晶體的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論位錯(cuò)的襯度非完整晶體衍襯運(yùn)動(dòng)學(xué)基本方程可以很清楚地用來(lái)說(shuō)明螺位錯(cuò)線的成像原因。圖7-15是一條和薄晶體表面平行的螺型位錯(cuò)線,螺型位錯(cuò)線附近有應(yīng)變場(chǎng),使晶體PQ畸變成P’Q’。根據(jù)螺型位錯(cuò)線周圍原子的位移特性,可以確定缺陷矢量R的方向和布氏矢量b方向一致。位錯(cuò)的襯度圖中x表示晶柱和位錯(cuò)線之間的水平距離,y表示位錯(cuò)線至膜上表面的距離,z表示晶柱內(nèi)不同深度的坐標(biāo)

2、,薄晶體的厚度為t。因?yàn)榫е挥诼菪臀诲e(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)之中,晶柱內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)變量都不相同,因此各點(diǎn)上R矢量的數(shù)值均不相同,即R應(yīng)是坐標(biāo)z的函數(shù)。為了便于描繪晶體的畸變特點(diǎn),把度量R的長(zhǎng)度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成角坐標(biāo)β,其關(guān)系如下從式中可以看出晶柱位置確定后(x和y一定),R是z的函數(shù)。因?yàn)榫w中引入缺陷矢量后,其附加位相角α=2πg(shù)hkl·R,故位錯(cuò)的襯度ghkl·b可以等于零,也可以是正、負(fù)的整數(shù)。如果ghkl·b=0,則附加位相角就等于零,此時(shí)即使有螺位錯(cuò)線存在也不顯示襯度。如果ghkl·b≠0,則螺位錯(cuò)線附近的襯度和完整晶體部分的襯度不同.ghkl·b=0稱為位錯(cuò)線不可見(jiàn)性判據(jù),利用它可以確定位錯(cuò)線的

3、布氏矢量。因?yàn)間hkl·b=0表示ghkl和b相垂直.為了顯示位錯(cuò)襯度,不能選擇g?R=0的g由運(yùn)動(dòng)學(xué)理論位錯(cuò)對(duì)象襯度有貢獻(xiàn)的衍射振幅項(xiàng)為exp(-2πig?R),在雙束條件下g?R不為零時(shí),位錯(cuò)產(chǎn)生襯度,g?R=0時(shí)位錯(cuò)不產(chǎn)生額外的襯度。所以像中看不到位錯(cuò)并不意味著樣品中沒(méi)有位錯(cuò)。R與任意位錯(cuò)的b有如下關(guān)系:be—b的刃型分量u—位錯(cuò)在晶體中的位向r0—位錯(cuò)核心附近嚴(yán)重畸變區(qū)的半徑,約為10-8cmβ—晶體中畸變區(qū)內(nèi)某點(diǎn)的極坐標(biāo)角ν—材料的泊松比由此可見(jiàn)任意位錯(cuò)產(chǎn)生的襯度取決于g?b、g?be和g?bxu三項(xiàng)。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比值稱為泊松比μ,也叫橫向變性系數(shù),它是反映材料橫向變

4、形的彈性常數(shù)。純螺型位錯(cuò)g?be=g?b×u=0,所以g?b=0就作為位錯(cuò)像襯度消失的判據(jù)。刃位錯(cuò)螺位錯(cuò)混合位錯(cuò)g?b=0g?b×u=0g?b=0g?b=0g?be=0g?b×u=0表5-1彈性各向同性材料中位錯(cuò)消像判據(jù)刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)螺位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)混合位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)物理意義——物體各個(gè)方向上的彈性性質(zhì)完全相同,即物理性質(zhì)的完全對(duì)稱。數(shù)學(xué)反映——應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系在所有方位不同的坐標(biāo)系中都一樣。金屬材料——各向同性彈性體,是最常見(jiàn)的工程材料。彈性力學(xué)主要討論各向同性材料。各向同性彈性體圖5-1刃型,螺型位錯(cuò)芯區(qū)附近的衍射平面的點(diǎn)陣幾何(a)刃位錯(cuò)芯處衍射平面有輕微彎曲;(b)螺位錯(cuò)芯處衍射平面無(wú)畸變

5、(a)(b)由位錯(cuò)芯區(qū)附近晶面的幾何構(gòu)型可以對(duì)衍射襯度直觀地給予解釋,刃型位錯(cuò)芯區(qū)有輕微彎曲。而螺位錯(cuò)在形成位錯(cuò)時(shí),原子只在衍射晶面內(nèi)沿u方向發(fā)生位移,不造成衍射平面的彎曲,同樣是g?b=0條件成像刃位錯(cuò)因芯部有輕微彎曲而留下殘余襯度,純螺位錯(cuò)則不會(huì)留下殘余襯度。試驗(yàn)中要找到使刃型位錯(cuò)襯度完全消失的條件,即同時(shí)滿足g?b=0和g?b×u=0是困難的,通常只要這種殘余襯度不超過(guò)遠(yuǎn)離位錯(cuò)處的基體襯度的10%,就可以認(rèn)為襯度已”消失”。對(duì)于彈性各向異性材料,表5-1給出的判據(jù),仍然是近似有效的,特別對(duì)下述情況:立方結(jié)構(gòu)材料,垂直于彈性對(duì)稱平面{110}和{100}的純?nèi)行秃图兟菪臀诲e(cuò);密排六

6、方結(jié)構(gòu)材料,垂直于或位于彈性對(duì)稱的基面的位錯(cuò).國(guó)內(nèi)外大部分工作,在測(cè)定位錯(cuò)柏氏矢量的時(shí)候仍是以表5-1的判據(jù)做為依據(jù)進(jìn)行測(cè)量的.5.1.2b測(cè)定的實(shí)際操作前提:選擇好感興趣的視場(chǎng)正確選擇衍射條件拍攝含有待測(cè)位錯(cuò)的顯微圖像及相應(yīng)的選區(qū)域衍射譜在合適的ghkl反射下(g?b≠0),位錯(cuò)芯區(qū)附近的(hkl)晶面較好地滿足布拉格條件。明場(chǎng)下,入射電子束大部分被衍射到物鏡光闌以外,所以位錯(cuò)呈現(xiàn)暗色條紋襯度。附近區(qū)域有時(shí)因晶體彎曲,在一個(gè)帶狀區(qū)內(nèi)取向均勻漸變,也會(huì)顯示類似位錯(cuò)線的暗帶,但這是“消光輪廓”,應(yīng)當(dāng)加以區(qū)別.辦法是微調(diào)樣品取向,消光輪廓將緩慢移動(dòng),位錯(cuò)線則因g改變,在原處時(shí)隱時(shí)現(xiàn),卻無(wú)明

7、顯移動(dòng)。明場(chǎng)下位錯(cuò)畸變場(chǎng)以外的完整晶體基體不滿足衍射條件,呈亮的襯度.取g反射成中心暗場(chǎng)像,視場(chǎng)襯度反轉(zhuǎn),位錯(cuò)和消光輪廓顯示亮襯度,基體呈暗襯度。1.位錯(cuò)襯度形成基本過(guò)程2.測(cè)量的實(shí)際操作取s≈0,略正向偏移布拉格條件.此時(shí)背景因反常透射而具有很大透明度,位錯(cuò)襯度也比較理想.微調(diào)取向,使菊池線從相應(yīng)強(qiáng)衍射斑點(diǎn)向(000)方向移動(dòng)少許即可.此時(shí)將看到位錯(cuò)襯度較之s=0有明顯改善。通常是這樣考慮的:對(duì)所選定的低指數(shù)反射ghkl盡可能使ω=sξg≤1

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