论述题1. 已知Al为fcc晶体结构,其点阵常数a=0.405nm,在550℃时的空位浓度为2×10
-6,计算这些空位均匀分布在晶体中的平均间距。
1μm
3体积Al含有阵点数为

所以1μm
3体积内的空位数
n
V=CN=6.021×10
10×2×10
-6=1.204×10
5(个)
假定空位在晶体内是均匀分布的,其平均间距

2. γ铁在925℃渗碳4h,碳原子跃迁频率Γ=1.7×10
9/s,若考虑碳原子在γ铁中的八面体间隙跃迁,跃迁的步长为2.53×10
-10m。
①求碳原子总迁移路程S。
②求碳原子总迁移的均方根位移

。
③若碳原子在20℃时的跃迁频率Γ=2.1×10
-9/s,求碳原子在4h的总迁移路程和均方根位移。
①4h=4×3600(s)
在925℃时,S=n·r=Γ·t·r=1.7×10
9×4×3600×2.53×10
-10=6 193m
②

③用上述公式可分别求得在20℃时:
S=Γ·t·r
=2.1×10
-9×4×3600×2.53×10
-10 =7.65×10
-15(m)

3. 在3个平行的滑移面上有3根平行的刃型位错线A,B,C(图3-31),其伯氏矢量大小相等,AB被钉扎不能动,①若无其他外力,仅在A,B应力场作用下,位错C向哪个方向运动?②指出位错向上述方向运动时,最终在何处停下?

①位错A,B的应力场作用于位错C,使其在滑移面上发生滑移的力

位错C受到x正方向的力,所以向右运动。
②f
x=0,位错C位置即为最终停住的位置,设停住时此位错C与位错A在x方向的距离为x
1,由于

解此方程得x
t=0.76μm,即位错C向右运动至x方向,在距位错A为0.76μm时停止。
4. 示意画出导体、绝缘体、半导体的能带结构,并解释它们导电性明显不同的原因。
导体、绝缘体、半导体的能带结构示意于下图。导体中有未填满的导带,因而有良好的导电性;绝缘体中虽有空的导带,但导带与价带间的禁带宽度(或能隙)很大,故很难导电;半导体中有空的导带,且导带与价带间的禁带宽度较小,故有一定导电性。

5. 铜的原子序数为29,相对原子质量为63.54,它共有两种同位素Cu
53和Cu
65,试求两种铜的同位素之含量百分比。
A
r=63.54-63x+65×(1-x);

;
1-x=0.27→27%(Cu
65)
6. 如图所示,已知A,B,C三组元固态完全不互溶,A,B,C的质量分数分别为80%,10%,10%的O合金在冷却过程中将进行二元共晶反应和三元共晶反应,在二元共晶反应开始时,该合金液相成分(a点)A,B,C的质量分数分别为60%,20%,20%,而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)A,B,C的质量分数分别为50%,10%,40%。
①试计算A
初%,(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。
②写出图中1和P合金的室温平衡组织。

①

②Ⅰ合金:B+(A+B+C)
共晶 P合金:(B+C)
共晶+(A+B+C)
共晶
7. ①说明在fcc的(001)标准极射赤面投影图的外圆上,赤道线上和0°经线上的极点的指数各有何特点?②在图2-11中标出

,(011),(112)极点。
①在投影图外圆上(图9)的极点与(001)极点的夹角都为90°,即外圆上极点所代表的晶面与z轴平行,所以指数应为(hk0);

在赤道线上的极点与(100)极点的夹角都为90°,即赤道线上各极点所代表的各个晶面都与z轴平行,所以指数应为(0kl);
在0°经线上的极点与(010)极点的夹角都是90°,即0°经线上各极点所代表的各个晶面都与y轴平行,所以指数应为(h0l)。
② 先由晶面指数的正、负号可判断

在第一象限,(011),(112)在第四象限。由①讨论得知

必定在极图的外圆上,且

极点与

及(010)极点都应交成45°,所以可沿第一象限外圆量得与

或(010)极点相交成45°的点,即为

极点;
(011)极点应在赤道线上,且其指数可由(001)和(010)相加得到,所以此极点必定在(001)和(010)极点之间,又因(011)极点与(001)和(010)相交成45°,所以可在(001)与(010)两极点的连线上找到与(001)或(010)相交成45°的点,即为(011)极点;
(112)极点指数可南(001)和(111)两极点的指数相加得到,所以此极点必在(001)和(111)极点之间,量得这两极点连线上与(001)极点相交成35.26°的位置,便是(112)极点。
8. 示意画出n型半导体电导率随温度的变化曲线,并用能带理论解释之。
n型半导体电导率随温度的变化曲线如图所示。n型半导体中的载流子包括掺杂的施主电子及本征半导体固有的电子和空穴,但施主电子跃迁所需克服的能垒E
d小于本征电子和空穴跃迁所需克服的能垒E
g/2。温度较低时本征电子和空穴的热激活跃迁几率很小,而施主电子跃迁几率较大且随温度升高而呈指数增大,此时电导率主要由掺杂的施主电子提供。当施主电子全部跃迁或称耗竭,而本征电子和空穴的热激活跃迁几率仍然很小,载流子浓度几乎不随温度升高而变化,电导率几乎为常数。温度进一步升高,本征电子和空穴的热激活跃迁几率明显呈指数增大,电导率也随之呈指数增大。
