《固体中的点缺陷》PPT课件.ppt

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1、第五章固体中的点缺陷5-1缺陷的分类5-2缺陷的表示符号5-3本征缺陷5-4杂质缺陷5-5电子和空穴5-6点缺陷的局域能级5-7缺陷的缔合理想的完善晶体：由等同的原子或原子集团，按照一定的点阵结构，在三维方向构成一个规整的、周期性的原子序列，这样所形成的晶体是一种理想的完善的晶体。理想的晶体除了可以作为理论模型之外，在技术上没什么用处偏离理想的不完善的晶体，一些结构和组成中存在有某些缺陷的晶体，具有重要的理论意义和实际价值。固相中的化学反应只有通过缺陷的运动（扩散）才能发生和进行，晶体中的缺陷决定着固体物质的化学活性，而且各种缺陷还规定了晶体的光学、电学、磁学、声学、力学和热学等方面

2、的性质，可以使晶体构成重要的技术材料。不管是工业技术部门还是基础理论研究领域，都涉及到固体缺陷的理论研究和应用研究的问题。缺陷的化学是固体化学的核心问题。固体中缺陷的含量一般约为基质材料的万分之几或更少一些，仅采用X射线衍射或化学分析的手段，不能发现和确证缺陷的存在的，早期对于固体缺陷的认识，主要是来源于对于固体性质的研究，如电导、光电导、光的吸收和发射，以及对于固体物质反应动力学的研究。现在除了继续通过物性深入地研究固体的缺陷同时，还运用了许多现代的物理实验技术，更直接地观测和研究固体中的缺陷及其运动。固体中的缺陷包括从原子、电子水平的微观缺陷到显微缺陷。从缺陷的尺寸来看，可以分为

3、以下几类：缺陷的分类(1)点缺陷，零维缺陷(2)线缺陷，一维缺陷(3)面缺陷，二维缺陷(4)体缺陷，三维缺陷(5)电子缺陷零维缺陷(点缺陷)零维缺陷杂质点缺陷本征点缺陷取代缺陷间隙缺陷空位缺陷错位缺陷点缺陷问题是固体化学所要研究的主要课题和核心问题一维缺陷(线缺陷)一维缺陷位错处的杂质原子位错刃位错螺旋位错具有刃位错的点阵图刃位错：当晶体中有一个晶面在生长过程中中断了，便在相隔一层的两个晶面之间造成短缺一部分晶面的情况，或者就象在两个相邻的晶面之间插进了一个不完整的晶面一样，使晶体中的一部分原子受到挤压，而另一部分原子受到拉伸，这种缺陷叫做刃位错。具有螺位错的点阵图Q是滑移面螺型位错

4、：晶面的生长并未中断，但是它是斜面地绕着一根轴线盘旋生长起来的，每绕轴线盘旋一圈，就上升一个晶面间距，这种缺陷叫做螺型位错.二维缺陷(面缺陷)二维缺陷堆垛层错小角晶粒间界孪晶界面晶粒间界多晶体：每一个晶粒是一个单晶体，许多单晶颗粒体组成的固体叫多晶体。多晶体中不同取向的晶粒之间的界面称之为晶粒间界，是由许多晶核形成的晶粒聚集体时造成的。晶粒间界晶粒间界附近的原子排列比较紊乱，界面上没有足够的原子去组成完善的点阵序列核形成完全的价键，存在有悬空键。晶粒间界的交错处以及位错处是催化反应的活性中心。堆垛层错堆垛层错当紧密排列的原子平面一层层堆放时，堆垛的顺序发生错误，形成堆垛层错。三维缺陷

5、(体缺陷)三维缺陷空洞包藏杂质沉淀体缺陷和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷。电子缺陷电子缺陷价带空穴导带电子在固体化学中，主要研究的对象是点缺陷，讨论点缺陷的生成，点缺陷的平衡，点缺陷的存在所引起的固体中载流子（电子和空穴）的变化，点缺陷对固体性质的影响，以及如何控制固体中点缺陷的种类和浓度等问题。缺陷的表示符号Kroger-Vink(克罗格-文克)表示符号:点缺陷名称缺陷在晶体中所占的格位点缺陷所带有效电荷中性正电荷，负电荷缺陷的表示符号空位缺陷用符号V表示；杂质缺陷则用该杂质的元素符号表示;电子缺陷用e表示，空穴缺陷用h表示;用被取代原子的元素符号表示缺陷是处于该

6、原子所在的点阵格位上;用字母i表示缺陷是处于晶格点阵中的间隙位置；有效电荷相当于缺陷及其四周的总电荷减去理想晶体中同一区域处的电荷之差在AB化合物固体中，如果它的组成偏离化学整比性，（1）固体中存在有空的A格位或空的B格位，即A空位VA或B空位VB.(2)可能存在有间隙的A原子Ai或间隙的B原子Bi若在AB化合物的晶体中，部分的原子互相占错了格位的位置，即A原子占据了B原子的位置，B原子占据了A原子的位置，则分别用符号AB和BA表示。当AB晶体中掺杂了少量的外来杂质原子F时，F可以占据A的格位（表示为FA)或B的格位（表示为FB），或者处于间隙的位置（表示为Fi）举例：（1）从含有少

7、量CaCl2的NaCl2溶体中生长NaCl晶体，主要点缺陷是什么？CaNa·和VNa′（2）在HCl气氛中焙烧ZnSClS·和VZn〞(3)在SiC中，用N5+取代C4+时NC·和e（4）在Si中，当B3+取代Si4+时BSiˊ和h·（5）过量的Zn原子溶解在ZnO中Zni··和2e本征缺陷本征缺陷具有本征缺陷的晶体是指那些不含外来杂质但其结构并不完善的晶体(1)晶体中各组分偏离化学整比性；(2)点阵格位上缺少某些原子/离子(空位缺陷)；(3)在格位的间隙