TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
===o0o===

ĐINH LAN ANH

CÁC CƠ CHẾ KHUẾCH TÁN
CHỦ YẾU TRONG TINH THỂ RẮN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết
Người hướng dẫn khoa học

TS. PHAN THỊ THANH HỒNG

HÀ NỘI - 2018

HÀ NỘI, 2017


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của mình tới cô
giáo TS. Phan Thị Thanh Hồng - người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ
em trong quá trình hoàn thiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Tổ vật lí lí thuyết đã
tạo điều kiện và đóng góp ý kiến để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Do thời gian có hạn nên đề tài không tránh khỏi những hạn chế. Rất
mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn sinh viên để đề
tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Đinh Lan Anh


LỜI CAM ĐOAN
Khóa luận tốt nghiệp: “Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thể
rắn” được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS. Phan Thị
Thanh Hồng cùng với sự cố gắng của bản thân em trong suốt quá trình
nghiên cứu và thực hiện khóa luận.
Trong quá trình nghiên cứu hoàn thành bản khóa luận này em có tham
khảo một số tài liệu tham khảo đã ghi trong phần tài liệu tham khảo.
Em xin cam đoan đề tài này là kết quả nghiên cứu của em và không
trùng với kết quả nghiên cứu của tác giả khác.
Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2018
Sinh viên

Đinh Lan Anh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................ 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................... 2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 2
NỘI DUNG ..................................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. MỘT SỐ CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT RẮN .............. 3
1.1. Cấu trúc tinh thể của kim loại, hợp kim................................................ 3
1.1.1. Lập phương tâm khối Body-centered cubic (BCC)........................ 3

1.1.2. Lập phương tâm diện Face- centered cubic (FCC) ........................ 4
1.1.3. Lục phương Hexagonal-close-packed (HCP) ................................. 6
1.2. Cấu trúc tinh thể của bán dẫn ................................................................ 7
1.2.1 Cấu trúc tinh thể của bán dẫn đơn chất ............................................ 7
1.2.2 Cấu trúc tinh thể của bán dẫn hợp chất ............................................ 8
1.3. Các ứng dụng của tinh thể rắn .............................................................. 9
1.4. Khuyết tật trong tinh thể rắn ............................................................... 10
1.4.1 Các khuyết tật điểm trong tinh thể bán dẫn ................................... 13
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 .......................................................................... 18
CHƯƠNG 2. CÁC CƠ KHUẾCH TÁN CHỦ YẾU TRONG TINH THỂ
RẮN............................................................................................................... 19
2.1. Khuếch tán và cơ chế khuếch tán ....................................................... 19
2.1.1 Khái niệm về khuếch tán ............................................................... 19
2.1.2 Cơ chế khuếch tán .......................................................................... 19
2.2. Các cơ chế khuếch tán trong tinh thể rắn ............................................ 19
2.2.1 Cơ chế khuếch tán xen kẽ (interstitial mechanism) ....................... 21


2.2.2 Cơ chế khuếch tán Vacancy (thay thế) .......................................... 25
2.3. Các nghiên cứu về khuếch tán trong tinh thể rắn ............................... 26
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 .......................................................................... 29
KẾT LUẬN ................................................................................................... 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 31


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khuếch tán là một hiện tượng rất cơ bản trong tự nhiên và nó xảy ra
trong tất cả các môi trường vật chất [1]: chất khí, chất lỏng, chất rắn, động
vật, thực vật,vũ trụ,… Việc nghiên cứu để hiểu các quá trình khuếch tán chính

là nghiên cứu quy luật cơ bản của tự nhiên. Nó sẽ góp phần làm cho con
người hiểu rõ về các quá trình vận động của vật chất và góp phần khám phá ra
những quy luật cơ bản của quá trình vận động vật chất trong tự nhiên, nhất là
sự vận động trong thế giới vi mô. Do đó, hiện tượng khuếch tán trong tự
nhiên nói chung và khuếch tán trong tinh thể rắn nói riêng là đề tài lí thú thu
hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học.
Khuếch tán là một quá trình di chuyển ngẫu nhiên của một hay một số
loại nguyên tử vật chất nào đó trong một môi trường vật chất khác (gọi là vật
chất gốc) dưới tác dụng của các điều kiện đã cho như nhiệt độ, áp suất, điệntừ trường và građiên nồng độ tạp chất...[1] Cơ chế khuếch tán là cách thức di
chuyển của các nguyên tử bên trong mạng tinh thể. Cho đến nay, người ta vẫn
chưa biết rõ về quá trình khuếch tán và tương tác của các nguyên tử với nhau
trong quá trình khuếch tán. Tuy nhiên, có một điều chắc chắn là các nguyên
tử trong quá trình khuếch tán sẽ nhảy từ vị trí này sang vị trí kia trong mạng
tinh thể. Dựa trên cơ sở lí thuyết về tính năng lượng hình thành và năng lượng
dịch chuyển cũng như dựa trên các suy luận có thể đưa ra các cơ chế khuếch
tán của nguyên tử trong tinh thể rắn.
Xuất phát từ quan điểm trên và niềm yêu thích của bản thân, đó chính là
những lí do để tôi tiến hành chọn đề tài nghiên cứu “Các cơ chế khuếch tán
chủ yếu trong tinh thể rắn” nhằm nâng cao hiểu biết của riêng tôi, đồng thời
có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho một số bạn sinh viên khác.

1


2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu về các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thể rắn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Các tinh thể rắn.
- Phạm vi nghiên cứu: Các tinh thể kim loại, hợp kim, bán dẫn có cấu
trúc lập phương tâm diện, lập phương tâm khối, kim cương.

4. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu về cấu trúc mạng tinh thể rắn.
- Tìm hiểu về các khuyết tật trong mạng tinh thể.
- Tìm hiểu về các cơ chế khuếch tán trong tinh thể rắn.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Đọc, tra cứu tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Phân tích tổng hợp khái quát các kiến thức đã tìm hiểu được.

2


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1
MỘT SỐ CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT RẮN
1.1. Cấu trúc tinh thể của kim loại, hợp kim
Trong các vật rắn, nguyên tử, phân tử được sắp xếp một cách đều đặn,
tuần hoàn trong không gian tạo thành mạng tinh thể (hình 1.1).[2]

Hình1.1. Mạng tinh thể muối ăn (NaCl)
Cấu trúc tinh thể là một sự sắp xếp đặc biệt của các nguyên tử trong tinh
thể. Một cấu trúc tinh thể gồm có một ô cơ sở và rất nhiều các nguyên tử sắp
xếp theo một cách đặc biệt; vị trí của chúng được lặp lại một cách tuần hoàn
trong không gian ba chiều theo một mạng Basis
Trong kim loại, hợp kim các kiểu mạng tinh thể đặc trưng và thường gặp
nhất gồm 3 loại: lập phương tâm khối (Body-centered cubic), lập phương tâm
diện (Face- centered cubic), lục phương (Hexagonal-close-packed).
1.1.1. Lập phương tâm khối Body-centered cubic (BCC)
- Các kim loại có kiểu mạng BBC như: Cr, W, Mo,Li, Na, K, …
- Ô cơ sở:
+ Ô cơ sở là một cách sắp xếp của các nguyên tử trong không gian theo

một quy luật nhất định các đơn vị cấu trúc giồng nhau để có thể xây dựng nên
tinh thể. [2]

3


+ Cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối là hình lập phương cạnh a có 8
nguyên tử ở 8 góc và một nguyện tử ở tâm khối là giao của các đường chéo
của hình lập phương.

Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể của mạng lập phương tâm khối
- Số nguyên tử trong ô cơ sở (kí hiệu là n)
+ Nguyên tử ở góc là chung của 8 ô cơ sở nên 1 ô có
góc có 8.

1
nguyên tử và 8
8

1
nguyên tử.
8

+ Nguyên tử ở tâm hoàn toàn thuộc một ô.
=> Vậy số nguyên tử trong một ô cơ sở của mạng lập phương tâm khối
1
8

là: n = 8. +1 = 2 nguyên tử
- Số sắp xếp K (số lượng các nút bao quanh gần nhất hay số phối trí)

+ Mỗi nguyên tử được bao quanh gần nhất bởi 8 nguyên tử với khoảng
cách là r1 =

a 3
(với r1 là khoảng lân cận gần nhất giữa 2 nguyên tử).
2

=> k = 8 (xét cho cả nguyên tử ở đỉnh và ở tâm)
1.1.2. Lập phương tâm diện Face- centered cubic (FCC)
- Các kim loại có kiểu mạng FCC như: Au, Ag, Cu, Al, Ni, ...

4


Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của mạng lập phương tâm diện
- Ô cơ sở:
+ Cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện là hình lập phương cạnh a có 8
nguyên tử 8 góc và 6 nguyên tử ở giữa các mặt.
- Số nguyên tử trong ô cơ sở (kí hiệu là n)
+ Nguyên tử ở góc là của 8 ô cơ sở nên 1 ô có
8.

1
nguyên tử.
8

+ Nguyên tử ở mặt là của 2 ô cơ sở nên 1 ô có
6.

1

nguyên tử và 8 góc có
8

1
nguyên tử và 6 mặt có
2

1
nguyên tử.
2

=> Vậy số nguyên tử trong một ô cơ sở của mạng lập phương tâm khối
là:
n = 8.

1
1
+ 6. = 4 nguyên tử
8
2

- Số sắp xếp K
+ Mỗi nguyên tử được bao quanh gần nhất bởi 12 nguyên tử với khoảng
cách r1 =

a 2
=> k=12
2

5



+ Đỉnh: Cách đều 4 tâm của 3 mặt phẳng vuông góc từng đôi một quanh
nó.
+ Tâm: Cách đều 4 đỉnh và 8 tâm của hai ô cơ sở kề nhau.
1.1.3. Lục phương Hexagonal-close-packed (HCP)
- Các kim loại có kiểu mạng HCP như: Zn, Mg, Be, Cd, Zr, …

Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể của mạng lục phương
- Ô cơ sở:
+ Cấu trúc tinh thể lục phương là hình lăng trụ 6 cạnh có chiều cao c,
đáy hình lục giác đều cạnh a, 12 nguyên tử ở góc, 2 nguyên tử ở tâm 2 mặt
đáy và 3 nguyên tử ở tâm của khối lăng trụ tam giác cách nhau.
- Số nguyên tử trong ô cơ sở (kí hiệu là n)
+ Nguyên tử ở góc là của 6 ô cơ sở nên 1 ô có
12.

1
nguyên tử.
6

+ Nguyên tử ở mặt là của 2 ô cơ sở nên 1 ô có
2.

1
nguyên tử và 12 góc có
6

1
nguyên tử và 2 mặt có

2

1
nguyên tử.
2

+ Ba nguyên tử ở tâm của khối lăng trụ tam giác cách nhau
=> Vậy số nguyên tử trong một ô cơ sở của mạng lục phương là:

6


1
6

1
2

n = 12. +2. +3=6 nguyên tử
- Số sắp xếp K
+ Mỗi nguyên tử được bao quanh gần nhất bởi 12 nguyên tử có khoảng
cách a => K=12
+ Khoảng cách đến các nguyên tử xung quanh K = 6 + 6 = 12
1.2. Cấu trúc tinh thể của bán dẫn
Bán dẫn là một nhóm vật liệu có tính dẫn điện nằm trung gian giữa kim
loại và chất cách điện. Các chất bán dẫn thông dụng thường kết tinh theo
mạng tinh thể lập phương tâm diện.[4] Trong đó, mỗi nút mạng được gắn với
một gốc (basis) gồm hai nguyên tử. Hai nguyên tử đó là cùng loại nếu là bán
dẫn đơn chất như Si, Ge. Hai nguyên tử đó là khác loại nếu là bán dẫn hợp
chất như GaAs, SiC, InSb, CdTe,...

1.2.1 Cấu trúc tinh thể của bán dẫn đơn chất
- Ô cơ sở:
+ Cấu trúc tinh bán dẫn đơn chất có cấu trúc kim cương (Hình 1.4) gồm
hai phân mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau, phân mạng này nằm ở 1/4
đường chéo chính của phân mạng kia, có 8 nguyên tử Si, mỗi nguyên tử Si là
tâm của một hình tứ diện đều cấu tạo từ bốn nguyên tử lân cận gần nhất xung
quanh.
- Số nguyên tử trong ô cơ sở (kí hiệu là n)
+ Nguyên tử ở góc là của 8 ô cơ sở nên 1 ô có
8.

1
nguyên tử.
8

+ Nguyên tử ở mặt là của 2 ô cơ sở nên 1 ô có
6.

1
nguyên tử và 8 góc có
8

1
nguyên tử.
2

7

1
nguyên tử và 6 mặt có

2


+ Bốn nguyên tử ở tâm nằm ở 1/4 đường chéo chính của phân mạng
 Vậy số nguyên tử trong một ô cơ sở của mạng lục phương là:
n = 8.

1
1
+ 6. + 4 = 8 nguyên tử
8
2

- Số sắp xếp K
+ Mỗi nguyên tử được bao quanh gần nhất bởi 4 nguyên tử có khoảng
cách r1 =

a 3
4

a

Hình 1.5. Mạng tinh thể Si
1.2.2 Cấu trúc tinh thể của bán dẫn hợp chất
Các bán dẫn hợp chất AIIIBV hoặc AIIBVI như GaAs hay ZnS chẳng hạn
(Hình 1.5) thường kết tinh dưới dạng zinc blend (ZnS), cũng gồm hai phân
mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau, phân mạng này nằm ở 1/4 đường
chéo chính của phân mạng kia. Tuy nhiên, nếu mạng thứ nhất cấu tạo từ một
loại nguyên tử (Zn chẳng hạn) thì mạng thứ hai cấu tạo từ loại nguyên tử khác
(S chẳng hạn). Trong tinh thể ZnS, mỗi nguyên tử Zn là tâm của một hình tứ


8


diện đều cấu tạo từ bốn nguyên tử S xung quanh. Ngược lại, mỗi nguyên tử S
lại là tâm của một hình tứ diện đều, cấu tạo từ bốn nguyên tử Zn xung quanh.

Hình 1.6. Mạng tinh thể ZnS
1.3. Các ứng dụng của tinh thể rắn
Chúng ta không thể phủ nhận vai trò của vật liệu kim loại trong đời sống
và kĩ thuật. Ví dụ như nhôm và hợp kim của nhôm với những ưu điểm: Có
khả năng cách nhiệt, cách âm, chống cháy, chống sự ăn mòn, độ bền màu cao,
vật liệu nhẹ, thi công dễ dàng. Nhôm và hợp kim của nhôm được dùng để làm
vỏ phủ vệ tinh nhân tạo hay khí cầu nhằm tăng nhiệt độ nhờ nhôm có tính hấp
thụ bức xạ điện từ Mặt Trời khá tốt. Với tính chất nhẹ và bền hợp kim nhôm
được dùng trong ngành công nghiệp chế tạo, cụ thể là tạo ra các chi tiết cho
xe ô tô, xe tải, tàu hỏa, tàu biển và cả máy bay,…

9


Hình 1.7. Ứng dụng của nhôm và hợp kim của nhôm
Ứng dụng quan trọng nhất và phổ biến nhất của vật liệu bán dẫn chính là
dùng để chế tạo các linh kiện điện tử bán dẫn - thứ không thể thiếu trong thời
đại công nghệ thông tin như hiện nay. Một lượng lớn thông tin có thể thu
được qua Internet và cũng có thể thu được một cách nhanh chóng qua những
khoảng cách lớn bằng những hệ thống truyền thông vệ tinh nhờ sự phát triển
của các linh kiện bán dẫn như điốt, tranzito và mạch tích hợp. Pin nhiệt điện
bán dẫn được ứng dụng để chế tạo các thiết bị làm lạnh gọn nhẹ, hiệu quả cao
dùng trong khoa học, y học,...


Hình 1.8. Ứng dụng của linh kiện bán dẫn
1.4. Khuyết tật trong tinh thể rắn
Đa số vật rắn có cấu trúc mạng tinh thể và chúng gồm một số rất lớn các
nguyên tử, phân tử được sắp xếp một cách tuần hoàn trong không gian để tạo

10


thành mạng tinh thể lí tưởng. Thực tế, mạng tinh thể lí tưởng thường không
có thực. Các tinh thể thực luôn chứa đựng bên trong nó những khuyết tật (còn
gọi là sai hỏng). Có nhiều loại khuyết tật với những đặc điểm khác nhau như:
- Khuyết tật điểm có kích thước cỡ nguyên tử theo ba chiều không gian.
+ Nút trống và nguyên tử xen kẽ: nguyên tử chuyển động bứt khỏi nút
mạng.

Hình 1.9. Khuyết tật điểm nút trống và nguyên tử xen kẽ
+ Nguyên tử tạp

Hình 1.10. Khuyết tật điểm nguyên tử tạp
- Khuyết tật đường có kích thước cỡ nguyên tử theo hai chiều và rất lớn
theo chiều thứ ba.
+ Các khuyết tật điểm như nút trồng, nguyên tử xen kẽ, … nằm liền trên
một đường tạo khuyết tật đường và có ba loại khuyết tật đường chủ yếu: lệch
thẳng (lệch biên), lệch xoắn và lệch hỗn hợp.

11


Hình 1.11. Khuyết tật đường lệch biên


Hình 1.12. Khuyết tật đường lệch xoắn
- Khuyết tật mặt có kích thước lớn theo hai chiều và nhỏ theo chiều
thứ ba.
- Khuyết tật khối có kích thước lớn theo cả ba chiều không gian.

12


1.4.1 Các khuyết tật điểm trong tinh thể bán dẫn
Trong số các loại khuyết tật kể trên, khuyết tật điểm có cấu trúc đơn giản
nhất và tồn tại nhiều nhất trong các tinh thể rắn. Các khuyết tật điểm có thể
được phát sinh trong tinh thể bằng quá trình Shottky hoặc Frenkel.
1.4.1.1. Khuyết tật Shottky
Trong quá trình Shottky, một nút khuyết (vacancy) được hình thành khi
một nguyên tử rời khỏi nút mạng để di chuyển ra mặt ngoài của tinh thể , hay
ngược lại một điền kẽ (interstitial) được tạo bởi sự di chuyển của một nguyên
tử từ bề mặt vào một lỗ hổng nào đó bên trong tinh thể. Như vậy:
Khuyết tật vacancy được định nghĩa đơn giản là một vị trí nút mạng tinh
thể bị bỏ trống (Hình 1.13)

Hình 1.13. Khuyết tật vacancy trong tinh thể ZnS
Khuyết tật điền kẽ được hiểu là một nguyên tử cư trú ở một lỗ hổng (kẽ
hở) bên trong của mạng tinh thể ZnS (Hình 1.14)

13


Hình 1.14. Khuyết tật điền kẽ trong mạng tinh thể ZnS
Các khuyết tật điểm có thể được phân ra làm hai loại là khuyết tật

điểm tự nhiên và khuyết tật điểm gắn liền với tạp (nguyên tử khác nguyên
tử mạng gốc).
+ Khuyết tật điểm tự nhiên tồn tại hai loại là nút khuyết (vacancy) và xen
kẽ (interstitial).
Nút khuyết được định nghĩa đơn giản là một vị trí nút mạng tinh thể bị
bỏ trống (Hình 1.15)

14


Hình1.15. Khuyết tật nút khuyết trong tinh thể bán dẫn
Khuyết tật xen kẽ được hiểu là một nguyên tử cư trú ở một lỗ hổng (kẽ
hở) bên trong mạng tinh thể. Có hai loại xen kẽ là xen kẽ do các nguyên tử
mạng gốc tự xen kẽ (self-interstitial) (Hình 1.16) và xen kẽ do nguyên tử tạp
chất (dopant-interstitial) - nguyên tử không phải của mạng gốc (Hình 1.17)

Hình 1.16. Khuyết tật tự xen kẽ trong tinh thể bán dẫn Si

15


Hình 1.17. Khuyết tật tạp xen kẽ trong tinh thể bán dẫn
Khuyết tật điểm gắn liền với tạp: Khi pha các nguyên tử tạp chất (kí hiệu
là A) vào trong tinh thể, các nguyên tử tạp chất có thể hòa tan trong mạng tinh
thể ở vị trí xen kẽ (Hình 1.17) hoặc vị trí thay thế vào nút mạng (Hình 1.15).
1.4.1.2. Khuyết tật Frenkel
Sự phân bố năng lượng giữa các nguyên tử trong chất rắn, cũng như
trong chất lỏng, chất khí không đồng đều, ở một thời điểm bất kì luôn có
những nguyên tử có năng lượng lớn hơn, bé hơn năng lượng trung bình tính
theo số bậc tự do. Chính sự phân bố không đồng đều này mà ở một thời điểm

bất kì nào đó những nguyên tử có năng lượng đủ cao, không những chỉ dao
động mạnh lệch khỏi vị trí cân bằng mà có thể vượt qua hàng rào thế tạo ra
bởi các nguyên tử lân cận chuyển đến ô mạng mới. Các nguyên tử này có khả
năng dời khỏi nút mạng của mình để chuyển đến ví trí xen kẽ giữa các nút
mạng, quá trình này hình thành nút trống và các nguyên tử xen kẽ (Hình
1.18). Khuyết tật này gọi là khuyết tật Frenkel
Như vậy khuyết tật này gồm một lỗ trống và một nguyên tử xen kẽ khi
có một nguyên tử rời khỏi vị trí cân bằng của minh. Các nguyên tử xen kẽ

16


cũng như các lỗ trống không định xứ tại một điểm mà khếch tán trong tinh thể
từ nút này sang nút khác.

Hình 1.18. Khuyết tật Frenkel trong mạng tinh thể ZnS

17


KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương này chúng tôi đã trình bày những vấn đề chủ yếu sau:
Thứ nhất, chúng tôi đã trình bày được sơ lược về cấu trúc tinh thể của
kim loại, hợp kim theo ba kiểu mạng tinh thể đặc trưng và thường gặp nhất đó
là: lập phương tâm khối (Body-centered cubic), lập phương tâm diện (Facecentered cubic), lục phương (Hexagonal-close-packed). Cấu trúc tinh thể của
bán dẫn đơn chất Si và bán dẫn hợp chất ZnS là có cấu trúc kim cương gồm
hai phân mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau, phân mạng này nằm ở 1/4
đường chéo chính của phân mạng kia. Ô cơ sở, số nguyên tử trong ô cơ sở và
khoảng cách giữa hai nguyên tử gần nhất trong mỗi cấu trúc mạng tinh thể.
Thứ hai, chúng tôi đã trình bày đến các khuyết tật trong tinh thể rắn

gồm: khuyết tật điểm, khuyết tật đường, khuyết tật mặt, khuyết tật khối.
Trong đó, khuyết tật điểm có cấu trúc đơn giản nhất và tồn tại nhiều nhất
trong các tinh thể rắn nên được chúng tôi trình bày cụ thể để từ đó làm cơ sỏ
cho những nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi.

18


CHƯƠNG 2
CÁC CƠ KHUẾCH TÁN CHỦ YẾU TRONG TINH THỂ RẮN
2.1. Khuếch tán và cơ chế khuếch tán
2.1.1 Khái niệm về khuếch tán
Khuếch tán là một quá trình di chuyển ngẫu nhiên của một hay một số
loại nguyên tử vật chất nào đó trong một môi trường vật chất khác (gọi là vật
chất gốc) dưới tác dụng của các điều kiện đã cho như nhiệt độ, áp suất, điệntừ trường và građiên nồng độ tạp chất...[1]
Nếu chính các nguyên tử vật chất của môi trường gốc khuếch tán trong
chính môi trường vật chất đó thì được gọi là sự tự khuếch tán.
2.1.2 Cơ chế khuếch tán
Cơ chế khuếch tán nói chung bao gồm cả quá trình khuếch tán và tự
khuếch tán. Cơ chế khuếch tán là cách thức di chuyển của các nguyên tử bên
trong mạng tinh thể. Cho đến nay người ta vẫn chưa biết rõ về quá trình
khuếch tán và tương tác của các nguyên tử với nhau trong quá trình khuếch
tán. Nhưng có một điều chắc chắn các nguyên tử trong quá trình khuếch tán
nhảy từ vị trí này sang vị trí kia trong mạng tinh thể. Sự dịch chuyển của các
tinh thể có thể thực hiện bằng cách dần dần lấp vào chỗ trống trong mạng tinh
thể. Sự dịch chuyển này có tính chọn lọ, có nghĩa là các nguyên tử có xu
hướng dịch chuyển theo hướng có ứng suất tiếp tuyến lớn nhất. Khi nhiệt độ
tăng, do dao động nhiệt, nguyên tử rời khỏi vị trí cân bằng ban đầu đến một vị
trí cân bằng mới.
2.2. Các cơ chế khuếch tán trong tinh thể rắn

Sự dịch chuyển của các nguyên tử trong tinh thể rắn có thể chia làm các
cơ chế:

19


a) Cơ chế nút khuyết

d) Cơ chế trao đổi trực tiếp

b) Cơ chế xen kẽ

e) Cơ chế trao đổi vòng

g) Cơ chế phục hồi

c) Cơ chế hỗn hợp

f) Cơ chế kéo cụm lại

h) Cơ chế tác động

Hình 2.1. Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thể rắn

20