第7章 扩散
一、名词解释
1．扩散：
2．扩散系数与扩散通量： 3．本征扩散与非本征扩散： 4．自扩散与互扩散：
5．稳定扩散与不稳定扩散：
名词解释答案：
一、扩散是指在梯度的作用下，由于热运动而使粒子定向移动的过程 二、扩散通量：单位时间内通过单位面积粒子的数目
扩散系数：单位浓度梯度下的扩散同俩个 三、本征扩散：由热缺陷所引起的扩散
非本征扩散：由于杂质粒子的电引入而引起的扩散 四、自扩散：原子或粒子在本身结构中的扩散
互扩散：两种的扩散通量大小相等，方向相反的扩散 五、稳定扩散：单位时间内通过单位面积的粒子数一定 不稳定扩散：单位面积内通过单位面积的粒子数不一定
二、填空与选择
1.晶体中质点的扩散迁移方式有： 、 、 、 和 。
2．当扩散系数的热力学因子为 时，称为逆扩散。此类扩散的特征为 ，其扩散结果为使 或 。
3．扩散推动力是 。晶体中原子或离子的迁移机制主要分为两种：
和 。
4．恒定源条件下，820℃时钢经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面碳层，同样条件下，要得到两倍厚度的渗碳层需 小时.
5．本征扩散是由 而引起的质点迁移，本征扩散的活化能由 和 两部分组成，扩散系数与温度的关系式为 。
6．菲克第一定律适用于 ，其数学表达式为 ；菲克第二定律适用于 ，其数学表达式为 。
7．在离子型材料中，影响扩散的缺陷来自两个方面：（1）肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷（热缺陷），（2）掺杂点缺陷。由热缺陷所引起的扩散称 ，而掺杂点缺陷引起的扩散称为 。（自扩散、互扩散、无序扩散、非本征扩散）
8．在通过玻璃转变区域时，急冷的玻璃中网络变体的扩散系数，一般 相同组成但充
1
分退火的玻璃中的扩散系数。（高于、低于、等于）
－
9．在UO2晶体中，O2的扩散是按 机制进行的。（空位、间隙、掺杂点缺陷）
填空题答案：
1、易位扩散、环形扩散、空位扩散、间隙扩散、准间隙扩散
2、1+（δlnγi）/（δlnNi）＜0、由低浓度向高浓度扩散、偏聚、分相 3、化学位梯度、空位机制、间隙机制 4、4
5、热缺陷、空位形成能、空位迁移能、D?D0e6、稳定扩散 、
?CJ??D?x（?Q）RT
?C?2C?D?x2、不稳定扩散、?t7、本征扩散、非本征扩散
8、高于 9、间隙
四、试分析离子晶体中，阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数的原因。
阴离子通常作为堆积结构的基础，而阳离子通常填充于空隙之中，阳离子扩散相对较容易，而阴离子若要扩散则需要破坏堆积结构，所需要的能量更多，故阴离子扩散系数－般都小于阳离子扩散系数
六、碳、氮、氢在体心立方铁中扩散的激活能分别为84、75和13kJ/mol，试对此差异进行分析和解释。
C-N-O的半径依次减小，C-N-O在间隙中扩散的能力逐渐增加，故扩散的激活能越低
七、MgO、CaO、FeO均具有NaCl结构，在各晶体中，它们的阳离子扩散活化能分别为：Na+在NaCl中为41kcal/mol，Mg2+在MgO中为83 kcal/mol，Ca2+在CaO中为77 kcal/mol，Fe3+在FeO中为23 kcal/mol，试解释这种差异的原因。 1、由于FeO为非化学计量型氧化物故扩散活化能较低
2、NaCl中的Na离子电价较低，故NaCl扩散活化能相对较低 3、Ca的半径比Mg离子的半径大，故MgO的扩散活化能高
八、已知氢和镍在面心立方铁中的扩散系数为：
?64000?4.18?2，试计算1000℃?10300?4.18?2和
DH?0.0063exp???cms?cmsDNi?4.1exp??RTRT????
2
的扩散系数，并对其差别进行解释。
?10300?4.18?2?10300?4.18?-4DH?0.0063exp???cms?0.0063exp????1?10
RT.15????8.314?1273
?64000?4.18?2?64000?4.18?-11DNi?4.1exp???cms?4.1exp????4.33?10
RT.15????8.314?1273其中H的离子半径明显小于Ni的半径，故前者更容易扩散，其扩散系数也就越高
九、假定碳在α-Fe（体心立方）和γ-Fe（面心立方）中的扩散系数分别为：
2D??0.0079exp??83600RT?cm2s；D??0.21exp??141284RT?cms，计算800℃
时各自的扩散系数，并解释其差别。 D??0.0079exp??83600RT?cm2s=6.7×10
-7
D??0.21exp??141284RT?cm2s=2.8×10
-8
α-Fe（体心立方）和γ-Fe（面心立方）相比结构更疏松，粒子在其中更容易扩散、故扩散系数越大
十、在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单品中，若在1600K温度下．保持硼在硅单品表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需要多长时间（已知D1600℃=8×10-12cm2/sec；当erf?x2Dt?0.5x?0.5时，2Dt）？
C0?C1C0?C1;起初无浓度，故C?0；C1?0.5C0;?0.5C0?C C0?C
-310?0.5;t?125000s-1228×10t
十一、Zn2+在ZnS中扩散时，563℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec;450℃时的扩散系数为1.0×10-14cm2/sec，求：（a）扩散的活化能和D0；（b）750℃时的扩散系数；（c）根据你对结构的了解，请从运动的观点和缺陷的产生来推断活化能的含义；（d）根据ZnS和ZnO相互类似，预测D随硫的分压而变化的关系。
3
Q）RT（-Q）8.314?836.15D?D0e3×101?10-14（-?D0e?D0e-14（-Q）8.314?723.15
Q?48827;D0?3.4?10-11D?3.4?10e-11（-48827）8.314?1023.15?1.1?10-13十二、欲使Ca2在CaO中的扩散直至CaO的熔点（2600℃）都是非本征扩散，要求三价杂质离子有什么样的浓度？试对你在计算中所作的各种特性值的估计作充分说明（已知CaO肖特基缺陷形成能为6eV）。
＋
aO?M2O3?C???2MCa?3OO?VCa''''6?1.6?10-19?6.23?1023VCa?exp（-）?3.6?10-62?8.314?2873.15 ''?-6-6M?MCa?2VCa?2?3.6?10?7.2?10
4