五章节晶体缺陷

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章,晶体缺陷,无限大晶体；,所有原子或离子都排列在晶格中它们自己的位置上,(,无热振动）；,没有晶格空位；,没有间隙原子或离子；,没有外来的杂质；,晶体的原子之比符合化学计量比,。,完美晶体,：,1,与理想晶体有一些差异。如：,存在表面与界面，处于晶体表面的原子或离子与体内的不同；,原子或离子脱离平衡位置形成空位；,存在杂质原子;,有热振动；,偏离化学计量比。,实际晶体,：,2,晶体缺陷,的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能,U,和熵,S,增加。,按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。,它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。,每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学等性能，线缺陷会严重影响晶体的强度等机械性能。,3,5-1 点缺陷,是,由于热运动,晶体中以空位、间隙原子、杂质原子为中心，在一个或几个原子尺寸范围的微观区域内形成的畸变区域。,点缺陷是是晶体中最简单、最常见或者说一定存在的缺陷形式。,4,一、点缺陷的类型,（,1,）,肖脱基（,Schottky）,缺陷,晶体内部格点上的原子或离子运动到表面，在晶体内留,空位,。,形成一个空位所需的能量,( 1,eV,),5,（2）,费伦克尔（,Frenkel,）,缺陷,如果晶体内部格点上的原子移到晶格间隙位置形成间隙原子，同时在原来的格点位置上留下空位,。,形成空位,-,间隙原子。,动画,晶体缺陷,GT011,012,6,（3）,填隙原子缺陷,形成填隙原子的几率与原子半径和晶体结构相关。对多数晶体，形成填隙缺陷需要更大的能量。,形成一个间隙原子所需能量,( 5,eV,),通常晶体中主要的热缺陷是空位。,7,8,（4）色心,色心是一种非化学计量比引起的空位缺陷。该空位能够吸收可见光使原来透明的晶体出现颜色，因而称它们为色心,。,F,心,是离子晶体中的一个负离子空位束缚一个电子构成的点缺陷。,形成过程是碱卤晶体在相应的过量碱金属蒸汽中加热，例如：,NaCl,晶体在,Na,蒸汽中加热后呈黄色；,KCl,晶体在,K,蒸汽中加热后呈紫色；,LiF,在,Li,蒸汽中加热后呈粉红色。,动画 晶体缺陷,GT019,9,10,与,F,心相对的色心是,V,心,。,当碱卤晶体在过量的卤素蒸汽中加热后，由于大量的卤素进入晶体，为保持电中性，在晶体中出现了正离子空位,形成负电中心,。,这种负电中心可以束缚一个带正电的“空穴”所组成的体系称为,V,心。,11,V,心和,F,心在结构上是碱卤晶体中两种最简单的缺陷。在有色心存在的晶体中，,A、B,两种元素的比例已偏离严格的化学计量比。所以色心也是一种非化学计量引起的缺陷。,12,二、杂质原子,当杂质原子取代基质原子占据规则的格点位置时，形成替位式杂质,；,若杂质原子占据间隙位置，形成间隙式杂质,。,13,替位式杂质在晶体中的固溶限决定于晶体结构、原子（离子）半径、电负性和化学价等因素。,14,杂质通常引起并存的电子缺陷，从而明显的改变材料的导电性。,例如：,Si,晶体中含有,As,5+,、P,5,时，由于金刚石四面体键仅需4个电子，所以每个,As、P,多了一个电子；,如果,Si,晶体中含有三价原子时，由于共价键中缺少一个电子而形成电子空位；,这种掺杂的,Si,晶体都因杂质原子的存在而是电导率有很大提高。,15,16,缺陷能级,17,18,杂质的补偿,19,