Xác định thể tích kích hoạt của tinh thể ge bằng phương pháp thống kê momen

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên hiện tượng khuếch tán của các nguyên tử trong tinh thể thì việc quan trọng là phải xác định được thể t ch k ch hoạt k hiệu là V* của tinh thể.. N

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

NGÔ THỊ NHƯ

XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH KÍCH HOẠT CỦA TINH THỂ GE BẰNG PHƯƠNG PHÁP

THỐNG KÊ MOMEN

Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HÀ NỘI, 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ

NGÔ THỊ NHƯ

XÁC ĐỊNH THỂ TÍCH KÍCH HOẠT CỦA TINH THỂ GE BẰNG PHƯƠNG PHÁP

THỐNG KÊ MOMEN

Chuyên ngành: Vật lí lí thuyết KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học

TS PHAN THỊ THANH HỒNG

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

Đồng thời 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

Tuy nhiên do thời gian và khuôn khổ cho phép của đề tài còn hạn chế nên chưa tìm hiểu được như ý muốn 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, tháng 04 năm 2017

Sinh viên

Ngô Thị Như

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận này là kết quả của bản thân em qua quá trình học tập và nghiên cứu, bên cạnh đó em được sự quan tâm và tạo điều kiện của các thầy

cô giáo trong Khoa Vật lý, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS Phan Thị Thanh Hồng

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

Vì vậy em xin khẳng định kết quả của đề tài “Xác định thể tích kích hoạt của tinh thể Ge bằng phương pháp thống kê momen” không có sự

trùng lặp với các đề tài khác

Hà Nội, tháng 04 năm 2017

Sinh viên

Ngô Thị Như

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đ ch nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

5 hương pháp nghiên cứu 2

NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1 THỂ TÍCH KÍCH HOẠT CỦA TINH THỂ Ge 3

1.1 Cấu trúc tinh thể Ge 3

1.1.1 Cấu trúc tinh thể bán dẫn 3

1.1.2 Các tính chất lý, hóa học của Ge 4

1.1.2.1 Tính chất hóa học 4

1.1.2.2 Tính chất vật lý 5

1.2 Một số ứng dụng của Ge 6

1.3 Thể tích kích hoạt của Ge 9

1.3.1 Các khuyết tật trong tinh thể bán dẫn 9

1.3.2 Cơ chế khuếch tán chủ yếu của Ge 12

1.3.2.1 Khái niệm về khuếch tán 12

1.3.2.2 Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong bán dẫn 12

1.3.3 Thể tích nguyên tử Ge 14

1.3.3.1 Hình dạng và k ch thước nguyên tử 14

1.3.3.2 Cách tính số nguyên tử hay phân tử trong một ô cơ sở 15

1.3.3.3 Số phối vị 16

1.3.3.4 Cách tính thể tích nguyên tử 17

1.3.3.5 Thể tích nguyên tử của Ge 17

1.3.4 Thể tích kích hoạt của tinh thể Ge 18

CHƯƠNG 2 TÍNH SỐ VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 22

2.1 Xác định độ dời của hạt khỏi vị trí cân bằng bằng phương pháp thống kê mô men 22

2.2 Xác định khoảng lân cận gần nhất giữa hai hạt ở 0K 27

2.3 Tính số và thảo luận kết quả 28

KẾT LUẬN 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Mạng tinh thể Ge 4

Hình 1.2: Khuyết tật nút khuyết trong tinh thể Ge 10

Hình 1.3: Khuyết tật tự xen kẽ (self-interstitial) trong tinh thể Ge 11

Hình 1.4: Khuyết tật tạp xen kẽ (dopant-interstitial) trong tinh thể Ge 11

Hình 1.5: Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thể rắn 14

Hình 1.6: Cấu trúc lập phương tâm khối 16

Hình 1.7: Cấu trúc lập phương tâm mặt 16

Hình 1.8: Ô cơ sở lập phương tinh thể của Ge 18

Trong nhiều chu trình của công nghệ chế tạo vật liệu rắn, đặc biệt là bán dẫn - Hiện tượng khuếch tán đóng một vai trò vô cùng quan trọng vì nó

có ảnh hưởng rất lớn đến các t nh chất vật lý của vật liệu Các nghiên cứu về khuếch tán trong vật liệu rắn chủ yếu tập trung vào việc xác định năng lượng

k ch hoạt và hệ số khuếch tán dưới ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài như: nhiệt độ, áp suất, độ biến dạng Khi nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lên hiện tượng khuếch tán của các nguyên tử trong tinh thể thì việc quan trọng

là phải xác định được thể t ch k ch hoạt (k hiệu là V*) của tinh thể

Xuất phát từ những quan điểm trên và sự yêu th ch của bản thân là

những lý do để chúng tôi lựa chọn nghiên cứu đề tài: “Xác định thể tích kích hoạt của tinh thể Ge bằng phương pháp thống kê mô men”

2 Mục đích nghiên c u

Áp dụng phương pháp thống kê mô men để xác định các hằng số mạng của tinh thể Ge ở nhiệt độ T Từ đó, xác định được thể t ch k ch hoạt V* của tinh thể Ge ở nhiệt độ T

3 Đối tượng và phạm vi nghiên c u

- Đối tượng nghiên cứu: bán dẫn Ge

- hạm vi nghiên cứu: Xác định thể t ch k ch hoạt của tinh thể Ge theo cơ chế nút khuyết

2

4 Nhiệm vụ nghiên c u

- Tìm hiểu về cấu trúc tinh thể bán dẫn Gecmani, những t nh chất lý, hóa và một số ứng dụng quan trọng của nó

- Tìm hiểu về các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong tinh thể bán dẫn

- Tìm hiểu về thể t ch nguyên tử, thể t ch k ch hoạt Xác định thể t ch k ch hoạt của tinh thể Ge ở nhiệt độ T bằng phương pháp thống kê momen

3

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 THỂ TÍCH KÍCH HOẠT CỦA TINH THỂ Ge

1.1 Cấu trúc tinh thể Ge

1.1.1 Cấu trúc tinh thể bán dẫn

Các chất bán dẫn thông dụng thường kết tinh theo mạng tinh thể lập phương tâm diện 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,

Germanium (Ge) là vật liệu bán dẫn điển hình Đơn tinh thể Ge có cấu trúc kim cương (Hình 1.1) gồm hai phân mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau, phân mạng này nằm 1/4 đường chéo chính của phân mạng kia Trong một ô cơ sở có 8 nguyên tử Ge, mỗi nguyên tử Ge là tâm của một hình tứ diện đều cấu tạo từ bốn nguyên tử lân cận gần nhất xung quanh Độ dài cạnh của ô

cơ sở ( còn gọi là hằng số mạng tinh thể) ở 300K là ao=5,658Å [5]

Tuy nhiên, trong thực tế tinh thể l tưởng thưởng không có thực và cũng hiếm có bán dẫn tinh khiết các tinh thể bán dẫn thường có tạp chất và bị khuyết tật Nhưng ch nh việc nghiên cứu về các loại bán dẫn pha tạp này, cùng với việc đi sâu tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng cũng như các tính chất vật

lý, hóa học của chúng mà đã có nhiều phát minh khoa học được ra đời với nhiều ứng dụng quan trọng trong kĩ thuật và đời sống

4

Hình 1.1: Mạng tinh thể Ge

1.1.2 Các tính chất lý, hóa học của Ge

1.1.2.1 Tính chất hóa học

Ge là nguyên tố thuộc nhóm IV của bảng tuần hoàn Mendeleev Những

t nh chất lý hóa của Ge đã được Mendeleev tiên đoán từ năm 1771, rất lâu trước khi Ge được Vineder phát hiện vào năm 1866 Ge chiếm khoảng 0.7% khối lượng của vỏ trái đất, cỡ tương tự như các nguyên tố Zn, b

- Ge tinh khiết kết tinh ở dạng tinh thể lập phương, có cấu trúc giống kim cương Trong mạng lưới tinh thể, mỗi nguyên tử Ge liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử Ge bao quanh kiểu hình tứ diện đều Độ dài của liên kết Ge-Ge là 2,43Å

- Ge không tạo ra tinh thể dạng than chì vì không có khả năng tạo liên kết

pi như Cacbon

- Ở điều kiện thường Ge không tác dụng với oxi của không khí, ở nhiệt độ

a0

5

cao Ge tác dụng với nhiều chất như H2, O2, S,

- Ge tác dụng trực tiếp với các halogen, với Clo và Brom phản ứng xảy ra khó hơn

- Ge không tác dụng với nước ngay cả khi nước ở trạng thái hơi

- Ge có thế điện cực dương nên không bị ăn mòn trong các axit mạnh như HCl, H2SO4

- Ge hầu như không tác dụng với dung dịch kiềm nhưng lại dễ tan trong dụng dịch kiềm đặc khi có mặt của H2O2

- Ge hầu như không có quặng riêng Một loại quặng duy nhất chứa Ge là Germanhit chứa các chất Đồng, Sắt, Kẽm nhiều hơn Ge rất nhiều Khai thác Ge là một công nghệ phức tạp

- Độ linh động của hạt dẫn lớn hơn của Silic nhiều lần

- Bề rộng vùng cấm của Ge cỡ 0,66 eV nhỏ hơn Silic, vùng cấm cũng thuộc loại vùng cấm xiên vì vậy linh kiện điện tử chế tạo từ Ge không thể làm việc ở nhiệt độ cao hơn 100oC

- Ở nhiệt độ thường Ge là chất kết tinh, có màu trắng bạc, cứng và rất giòn Dựa vào tất cả những đặc t nh này mà người ta dùng nó để chế tạo và

6

sử dụng các thiết bị bán dẫn và nhiều thiết bị khác

1.2 Một số ng dụng của Ge

Không giống như phần lớn các chất bán dẫn khác, Ge có vùng cấm nhỏ, cho phép nó phản ứng rất hiệu quả với ánh sáng hồng ngoại Vì thế

nó được sử dụng trong các k nh quang phổ hồng ngoại và các thiết bị quang học khác trong đó đòi hỏi các thiết bị phát hiện cực kỳ nhạy với tia hồng ngoại Chiết suất của oxit gecmani và thuộc t nh tán sắc của nó làm cho gecmani là hữu ch trong các thấu k nh camera góc rộng và trong k nh vật của các k nh hiển vi

Ge là vật liệu quang học hồng ngoại có tầm quan trọng cao và có thể dễ dàng cắt, đánh bóng thành các thấu k nh hay cửa sổ Cụ thể, nó được sử dụng như là thấu k nh vật trong các camera nhiệt làm việc trong khoảng bước sóng 8-14 micrômet chụp hình nhiệt thụ động và cho hot-spot detection in military and fire fighting applications Vật liệu này có chiết suất rất cao (4,0) và vì thế cần được bọc lót chống phản xạ Cụ thể, lớp bọc lót chống phản xạ đặc biệt rất cứng như cacbon tựa kim cương(DLC) (chiết suất 2,0) là phù hợp tốt nhất

và sản sinh ra bề mặt cứng như kim cương có thể chống chịu được các tác động môi trường khác nhau [10]

Vật liệu bán dẫn được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật và công nghiệp Tuy nhiên, ứng dụng quan trọng nhất

và phổ biến nhất của chúng ch nh là dùng để chế tạo các linh kiện điện tử bán dẫn Sự phát triển của các linh kiện bán dẫn như điốt, tranzito và mạch t ch hợp (IC-Integrated Circuit) đã dẫn đến những ứng dụng vô cùng lớn trong công nghệ thông tin Không những thế IC còn thâm nhập vào hầu hết mọi mặt của đời sống hàng ngày, chẳng hạn cảm biến nhiệt độ được dùng trong điều hòa không kh được làm từ vật liệu bán dẫn Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ ch nh xác có sử

7

dụng chất bán dẫn Bộ vi xử lý của máy t nh C U cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng vật liệu bán dẫn Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv…Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu Với phạm vi ứng dụng của mình, các chất bán dẫn đã mang lại cho chúng ta cuộc sống thoải mái

Để có được các linh kiện bán dẫn kể trên, từ chất bán dẫn tinh khiết ban đầu (Si hoặc Ge), người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn loại n (dẫn điện chủ yếu bằng điện tử) và bán dẫn loại p (dẫn điện chủ yếu bằng lỗ trống) bằng cách pha các nguyên tử tạp chất vào Si (hay Ge) Sau đó, ghép hai loại bán dẫn đó lại với nhau để được điốt hay tranzito Công nghệ pha tạp nói chung rất đa dạng và cũng là một công nghệ rất cơ bản được sử dụng thường xuyên từ xa xưa Có nhiều phương pháp pha nguyên tử tạp chất vào vật liệu bán dẫn như phương pháp nuôi đơn tinh thể, phương pháp cấy ion, phương pháp khuếch tán, So với các phương pháp khác thì phương pháp khuếch tán

có nhiều ưu điểm như không làm thay đổi cấu trúc tinh thể, có thể pha tạp với chiều sâu tùy ý, cho phép điều khiển tốt hơn các t nh chất của tranzito và đã thu được những thiết bị có thể hoạt động ở tần số cao Đó là những l do ch nh khiến cho kĩ thuật khuếch tán các nguyên tử tạp chất vào vật liệu bán dẫn đã

và đang phát triển nhanh chóng nhằm chế tạo các tranzito, các vi mạch điện tử

và ngày nay là các mạch điện có các cấu hình với k ch thước nanô, nanô sensor,

8

Các transistor từ Ge vẫn còn được sử dụng trong một số hộp dậm chân của các nhạc công muốn tái tạo các đặc trưng âm khác biệt cho âm

"fuzz" từ thời kỳ ban đầu của rock and roll, đáng chú ý có Fuzz Face của Dallas Arbiter

Hợp kim gecmanua silic (hay "silic-gecmani", SiGe) rất nhanh chóng trở thành vật liệu bán dẫn quan trọng, dùng trong các mạch IC tốc độ cao Các mạch IC dùng các t nh chất của kết nối Si-SiGe có thể nhanh hơn nhiều so với các mạch chỉ dùng silic

Ứng dụng khác:

- Tác nhân trong sản xuất hợp kim

- Phosphor trong các đèn huỳnh quang

- Một vài hợp chất của Ge có độc t nh thấp đối với động vật có vú, nhưng

lại có độc t nh cao đối với một vài loại vi khuẩn nào đó T nh chất này làm cho chúng trở thành có ch như là các tác nhân chữa trị bằng hóa chất

- Các tinh thể Ge độ tinh khiết cao được dùng trong các máy dò cho kính

quang phổ gamma

- Nghiên cứu của FDA đưa ra kết luận rằng gecmani, khi sử dụng như là

chất bổ sung dinh dưỡng, “thể hiện một số nguy hiểm tiềm tàng cho sức khỏe con người”

- Trong những năm gần đây gecmani được gia tăng sử dụng trong các hợp

kim của các kim loại quý V dụ, trong hợp kim bạc sterling, nó được thêm vào để giảm vết bẩn màu, chống xỉn màu, và làm tăng phản ứng của

9

hợp kim đối với xơ cứng kết tủa

1.3 Thể tích kích hoạt của Ge

1.3.1 Các khuyết tật trong tinh thể bán dẫn

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 thành mạng tinh thể l tưởng Thực tế, mạng tinh thể l 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 [2,4] với những đặc điểm khác nhau như:

- khuyết tật điểm có k ch thước cỡ nguyên tử theo ba chiều không gian,

- khuyết tật đường có k ch thước cỡ nguyên tử theo hai chiều và rất lớn

theo chiều thứ ba,

- khuyết tật mặt có k ch thước lớn theo hai chiều và nhỏ theo chiều thứ ba,

- khuyết tật khối có k ch thước lớn theo cả ba chiều không gian

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 Schottky hoặc Frenkel [4] Trong quá trình Schottky, một xen kẽ (Iterstitial- k hiệu là I) được tạo ra bởi

sự di chuyển của một nguyên tử từ bề mặt vào một lỗ hổng nào đó bên trong tinh thể hay ngược lại một nút khuyết (Vacancy- k hiệu là V) được hình thành khi một nguyên tử rời khỏi nút mạng để di chuyển ra mặt ngoài của tinh thể Trong quá trình Frenkel, một nguyên tử sẽ rời khỏi vị tr nút mạng của nó

để tới một vị tr lỗ hổng mạng, tạo ra một xen kẽ và một nút khuyết Khi nghiên cứu hiện tượng khuếch tán của các nguyên tử trong tinh thể, người ta

đã chỉ ra rằng các khuyết tật điểm trong tinh thể đóng vai trò quyết định trong

sự khuếch tán của các nguyên tử Các khuyết tật điểm có thể được phân làm hai loại là khuyết tật điểm tự nhiên và khuyết tật điểm gắn liền với tạp

10

Khuyết tật điểm tự nhiên tồn tại trong tinh thể Ge tinh khiết Khuyết tật điểm gắn liền với tạp xuất hiện từ việc đƣa các tạp chất từ bên ngoài vào trong tinh thể Khuyết tật điểm tự nhiên tồn tại trong tinh thể Ge là nút khuyết (vacancy)

và xen kẽ (interstitial)

Nút khuyết đƣợc định nghĩa đơn giản là một vị tr nút mạng tinh thể bị bỏ trống (Hình 1.2)

Hình 1.2: Khuyết tật nút khuyết trong tinh thể Ge

Xen kẽ đƣợc hiểu là một nguyên tử cƣ trú ở một lỗ hổng (kẽ hở) bên trong mạng tinh thể Ge Có hai loại xen kẽ là xen kẽ do các nguyên tử Ge-tự xen kẽ (self-interstitial) (Hình 1.3) và xen kẽ do nguyên tử tạp chất (dopant-interstitial) (Hình 1.4)

V

11

Hình 1.3: Khuyết tật tự xen kẽ (self-interstitial) trong tinh thể Ge

Hình 1.4: Khuyết tật tạp xen kẽ (dopant-interstitial) trong tinh thể Ge

TẠP

Ge

12

1.3.2 Cơ chế khuếch tán chủ yếu của Ge

1.3.2.1 Khái niệm về khuếch tán

Theo tài liệu [1], 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, điện-từ trường và gradien nồng độ tạp chất Nguyên tử pha vào được gọi là nguyên tử pha (dopant) hoặc nguyên tử tạp chất (impurity) Nguyên tử được pha vào bằng khuếch tán thường có nồng độ khuếch tán rất

bé cỡ (10-3 ÷ 10-4) % so với nguyên tử gốc là vì vậy, chúng thường được gọi là tạp chất Nếu chính các nguyên tử vật chất của môi trường gốc khuếch tán trong chính môi trường vật chất đó gọi là sự tự khuếch tán (self-diffusion) Ví

dụ như ch nh nguyên tử Ge khuếch tán trong Ge hay Ga, As khuếch tán trong tinh thể GaAs chẳng hạn

Trong giới hạn luận văn này chúng tôi chỉ trình bày về sự tự khuếch tán trong bán dẫn

1.3.2.2 Các cơ chế khuếch tán chủ yếu trong bán dẫn

Cơ chế khuếch tán là cách thức di chuyển của các nguyên tử bên trong mạng tinh thể Mặc dù đến nay vẫn chưa biết tường tận 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 rằng 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 t nh 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 chủ yếu của nguyên

tử trong tinh thể rắn như trong (Hình 1.5) [1]

Các nghiên cứu về bán dẫn, đã chỉ ra rằng trong tinh thể bán dẫn bình thường có ba cơ chế khuếch tán ch nh đó là khuếch tán theo cơ chế nút khuyết (vacancy mechanism), cơ chế xen kẽ (interstitial mechanism) và cơ chế hỗn

13

hợp (interstitialcy mechanism)

Nguyên tử khuếch tán theo cơ chế nào phụ thuộc vào quá trình tương tác giữa nguyên tử và mạng gốc, phụ thuộc vào bán kính của nguyên tử và nhiệt độ khuếch tán Tuy nhiên cho đến nay người ta có thể khẳng định rằng các nguyên tử có bán kính nhỏ hơn bán k nh của nguyên tử mạng gốc thì có khả năng lớn khuếch tán theo cơ chế xen kẽ, khi nguyên tử có bán kính xấp xỉ bằng bán kính nguyên tử mạng gốc thì có thể khuếch tán theo cơ chế nút khuyết

Khuếch tán theo cơ chế nút khuyết (cơ chế Vacancy) xảy ra khi một nguyên tử ở vị trí nút mạng đổi chỗ với một nút khuyết ở vị trí liền kề (Hình1.5a)

Cơ chế này xảy ra với mọi loại vật liệu Thông thường các tinh thể trong thực

tế là không lý tưởng, trong mạng tinh thể sẽ xuất hiện những nút khuyết Dưới tác dụng của nhiệt độ và ứng xuất các nguyên tử đều có thể dịch chuyển bằng cách thay thế vào các vị trí nút khuyết Nếu trong tinh thể nồng độ nút khuyết càng lớn thì quá trình khuếch tán theo cơ chế này càng cao

Khuếch tán theo cơ chế xen kẽ xảy ra khi một nguyên tử cư trú ở một

kẽ hở bên trong mạng tinh thể nhảy tới một kẽ hở khác (Hình 1.5b)

Khuếch tán theo cơ chế hỗn hợp xảy ra khi nguyên tử khuếch tán thông qua một số bước di chuyển vào vị trí xen kẽ và một số bước di chuyển vào vị trí nút mạng (Hình 1.5c)