固体物理(第10课)晶体缺陷.ppt

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滑 移 示 意 图 返回 滑移面:密勒指数比较低的晶面 滑移方向:原子的最密排方向 刃 型 位 错 示 意 图 返回 滑移面:ABCD晶面 滑移方向:AD方向 刃型位错 “?” 位错线 刃 型 位 错 的 运 动 返回 滑移运动:位错线移动方向、外界切应力方向和滑移矢量方向一致 螺 型 位 错 示 意 图 返回 滑移运动: 滑移方向//外界切应力方向 滑移方向?位错线移动方向 位错线 滑移方向 滑移矢量 位错线移动方向 位错线可以在以b为轴的任意圆柱面内移动 4.6 晶体中的其它缺陷 1. 堆垛层错 (示意图) (1) 抽出型层错  (演示) (2) 插入型层错范  (演示) 2. 小角晶界 (示意图) (演示) 3. 体缺陷:包裹体 4. 微缺陷:漩涡缺陷(硅、GaAs) 硅表面微缺陷 GaAs表面微缺陷 堆 垛 层 错 示 意 图 返回 抽出型层错 插入型层错 原子铺排方式:密排面,ABCABC…… 小 角 晶 界 示 意 图 返回 小角晶界可看成是一系列刃型位错的排列。且有: 作业2: P101 4.4题 4.6题 4.10题 4.4 某间隙原子在晶格的间隙间跳跃,该间隙原子在晶格中振动的频率为2×1015/s,如果该间隙原子在跳跃过程中需要克服的势垒高度为0.1eV,求该原子在1s内跳跃的次数。 4.6 已知扩散系数与温度之间的关系为: 下列数据是锌在铜晶体中扩散的实验结果: 试确定常数D0和扩散激活能EA。 4.10 求体心立方、面心立方、六方密堆积结构的最小滑移矢量的长度。 T/K 878 1007 1176 1253 1322 D/m2·s-1 1.6×10-20 4.0×10-19 1.6×10-18 4.0×10-17 1.0×10-16 第4章 晶体缺陷 晶体缺陷:对晶体理想完整结构的偏离。 半导体科学技术的发展与杂质/缺陷态的研究紧密相联。 利用缺陷/杂质理论制备多种半导体。 4.1 晶体缺陷的分类 4.2 点缺陷 对晶体结构的干扰只在几个原子间距范围内。 对物理性质有重要影响,特别是那些与晶体中物质输运过程有关的性质受缺陷的影响最大。 点缺陷对导电电子的散射影响了金属的电导率 对声子散射影响了晶体的导热性。 半导体晶体中杂质原子影响半导体的电学性质 离子晶体中在带隙能级中造成缺陷能级而影响光学性质。 离子晶体的导电性直接来源于点缺陷的运动。 1. 热缺陷:由于热振动的能量起伏离开晶格位置 (1)夫伦克耳缺陷:因为热涨落由格点跳进间隙位 置,晶体中空位和间隙原子成对出现。 (2)肖特基缺陷:邻近表面的原子由于热涨落跳进晶体 表面,晶体内部留有空位(容易产生)。 (3)反向过程:上述过程反向。 (4)间隙原子:夫伦 克尔缺陷和反向肖 特基缺陷的组合。 由于形成间隙原子 要做功,因此一般形 成肖特基缺陷的可能性大。 缺陷演示 缺陷演示 热缺陷的统计理论 达到热力学平衡状态时,晶体的自由能最小。 自由能:热力学中描述物态的函数 上式表明,在绝对零度以上,晶体中必存在一定程度的无序性,也就是总有一定程度的缺陷产生。 热缺陷是由于晶体中的热涨落现象产生的,热缺陷的平衡浓度可由热力学平衡条件计算得到。 热缺陷不断产生和复合,空位和间隙原子相遇,间隙原子跳进空位,结果一同消失,在热平衡条件下,热缺陷的数目趋于一定值。 以肖特基缺陷为例: 设晶体中有N+n个格点,n个空位,每个空位的形成能为u1。则: B 2. 杂质原子 (1) 替代式杂质 ←容易产生(ΔE增加小,组态 熵S的变化ΔS相当大,引起自由能降低。) (2) 间隙式杂质( ΔE和ΔS变化相当大) 溶剂原子 溶质原子 弹性畸变中心 间隙原子很小 杂质原子的作用 微量杂质缺陷就可改变晶体的物理性质 Ge中掺入三价或五价原子,形成P型或N型半导体 每105个硅原子中掺入1个硼原子,可使硅电导增加103倍 施主杂质:五价原子磷、砷、锑 受主杂质:三价原子硼、铝、镓、铟 刚玉晶体:白宝石,三氧化二铝,在烧结过程中加入三氧化二铬,形成红宝石。 浓度/cm3 1014 1014~1016 1016~1019 1019 N型 ν 轻掺杂N- N 重掺杂N+ P型 π 轻掺杂P- P 重掺杂P+ Saphire(蓝宝石,Al2O3) 3. 辐照缺陷 1.5 Mev中子 撞击晶格中的原子,形成初级原子,能量为105 eV(铜),假设初级原子在进一步撞击其它原子时,每个原子的位移能为25eV,则能够撞出4000个铜原子。 快中子累积强度~1023/m2 撞出的铜原子数约为 4×1028/m3,约是固体中铜原子的 1% 严重?空洞,大小约为100? 4. 色心:能吸收可见光的点缺陷

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