晶体结构缺陷资料.ppt

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1、1主要内容：2.4.1晶体缺陷简介2.4.2点缺陷2.4.3线缺陷2.4.5体缺陷2.4.6固溶体2.4缺陷和非整比化合物2.4.4面缺陷2.4.7非整比化合物DEFECTSINMATERIALSCIENCE2“Itisthedefectsthatmakesmaterialssointeresting,justlikethehumanbeing.”“Defectsareattheheartofmaterialsscience.”2.4.1晶体缺陷简介维纳斯的“无臂”之美更深入人心晶体的缺陷也能赋予材料丰富的性能晶体缺陷就是指实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域。2.4.1晶体缺陷简

2、介几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等1.缺陷的含义2.晶体缺陷的分类点缺陷引起的三种晶格畸变杂质原子空位缺陷间隙原子晶格畸变引起晶体结构的变化，对晶体性质如机械强度、导电性、耐腐蚀性和化学反应性能都有较大影响。2.4.1晶体缺陷简介3研究缺陷的意义引入杂质可改变半导体的能带结构，所以杂质对半导体材料电学性能的影响十分显著。在晶体中引入杂质粒子称掺杂。PSiBSi2.4.1晶体缺陷简介实际晶体存在缺陷(不利，有利）功能材料需要人为制造缺陷（例宝石）材料制备过程→质点扩散→缺陷∴缺陷化学是材料科学的基础2.4.2点缺陷PointDefect

3、1点缺陷的分类2热缺陷3杂质缺陷4缺陷化学反应表示方法5热缺陷浓度计算9点缺陷的类型划分原则对理想晶格偏离的位置1、间隙原子：原子进入晶格中正常结点之间的间隙位置，成为间隙原子或称填隙子。2、空位：正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点，称为空位。3、杂质原子：外来原子进入晶格，就成为晶体中的杂质。这种杂质原子可能取代原来晶格中的原子而进入正常结点的位置，成为置换式杂质原子；也可能进入本来就没有原子的间隙位置，成为间隙式杂质原子。这类缺陷统称为杂质缺陷。2.4.2点缺陷PointDefect1点缺陷的分类空位－常见2.4.2点缺陷PointDefect填隙原子－很少置换原子e.g.

4、，CuinNi,Substitutionalalloy间隙杂质原子e.g.，CinFe，Interstitialalloy热缺陷：原子热振动引起，缺陷浓度与T有关杂质缺陷：杂质进入晶格引起，缺陷浓度与杂质含量有关，而与T无关。非化学计量缺陷：气氛引起，缺陷浓度与气氛性质、压力有关其它原因：如电荷缺陷，色心等2.4.2点缺陷PointDefect2依据缺陷产生的原因2.4.2点缺陷PointDefect定义:热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。类型：弗仑克尔缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）热缺陷浓度与

5、温度的关系：温度升高时，热缺陷浓度指数增加2热缺陷热缺陷产生示意图13（a）单质中弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质点成对出现）（b）单质中的肖特基缺陷的形成2.4.2点缺陷PointDefectFrenkel缺陷：间隙质点与空格点成对产生；体积不变Schottky缺陷：正负离子空位同时成对产生，体积增加14②表面位置(间隙小/结构紧凑)①间隙位置(结构空隙大)Frenkel缺陷MX:Schottky缺陷2.4.2点缺陷PointDefect为什么CaF2比NaCl容易形成弗仑克尔缺陷？据其晶体结构简要解释。一般规律：当晶体中剩余空隙比较小，如NaCl型结构，容易形成肖特基缺陷；当晶体中

6、剩余空隙比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗仑克尔缺陷。思考题特征：如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。16亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。基质原子杂质原子基质原子杂质原子取代式间隙式2.2点缺陷PointDefect2.2.3杂质缺陷2.4.2点缺陷PointDefect2.2.4电荷缺陷电荷缺陷：自由电子和空穴也是晶体的一种缺陷,虽然他们的出现未破坏离子排列的周期性,但由于自由电子带负电,空穴带正电,因此在它们附近形成了一个附加电场,引起周期势场的畸变,造成晶体的不完整.电荷缺陷的存在是晶体的绝缘性变差,还会和其他缺陷结合,形成

7、一些新的缺陷.“色心”是由于电子补偿而引起的一种缺陷。某些晶体，如果有x射线，γ射线，中子或电子辐照，往往会产生颜色。由于辐照破坏晶格，产生了各种类型的点缺陷。为在缺陷区域保持电中性，过剩的电子或过剩正电荷(电子空穴)就处在缺陷的位置上。在点缺陷上的电荷，具有一系列分离的允带能级。这些允带能级相当于在可见光谱区域的光子能级，能吸收一定波长的光，使材料呈现某种颜色。把这种经过辐照而变色的晶体加热，能使缺陷扩散掉，使辐照破坏得到修复，晶体失去颜色。