《第三章晶体缺陷》.ppt

第三章 晶体缺陷 理想晶体按规则的晶点格点降排列实际上在高于0K任何温度都会存在与理想条件下的偏离 3-1 晶体缺陷类型 其中点缺陷为为最基本的 2、根据缺陷产生的原因分为： （1）热缺陷 由于晶格上，原子的热运动有一部分能量较大的离开正市位置进入间隙，变成填隙原子，并在原来位置上留下一个空位，生成后成弗仑克系缺陷，或正市格点上原子迁移到晶格表面，在晶格内部正市格点上留下空位，生成肖特基缺。 注：肖特基缺陷是成对产生的 此两类缺陷作为基本的热缺陷类型，且缺陷浓度随温度上升而成指数上升。 （2）杂质缺陷 外来原子进入晶格而产生 3-2 缺陷反应表示法 一定条件下，缺陷会象化学反应那样发生反应用统一的符号来表示这种过程。 1、空位 VM——M原子空位 VX——X原子空位（下标为原子所在位置） 2、填隙原子 Mi——M原子处于间隙中 Xi——X原子处于间隙中 3、错放位置 Mx——M原子被错放到X原子上 4、溶质 Lm——L溶质处于m位置 Sx——S溶质处在x位置 Li——L溶质处在间隙i位置 6、带电缺陷 离子晶体中如NaCl晶体取走一个Na+空位，由于缺一个正电荷而必留下一个附加电子，这个电子被束缚于钠空位上，则 7、缔合中心一点缺陷可与另一带相反符号的点缺陷相互缔合成一组或一群 如VM和Vx缔合，则 （VM和Vx）——两种缺陷缔合在一起 如NaCl晶体，Na+空位与Cl-空位缔合成空位时，形成缔合中心。 缺陷作为化学物质，则可同一般化学反应一样可应用质量作用定律。 在写缺陷反应方程式时，必须遵循以下原则： 1、位置关系 化学物MaXb中，M：X=a：b永远不变 MgO Mg：O=1：1 3、质量平衡 缺陷方程两边必须保持质量平衡 4、电中性 晶体必须为电中性，要求缺陷反应两边具有相同数目的总有效电荷，不一定为零 如TiO2失去部分氧，生在TiO2-x反应， 3-3 热缺陷的运动和浓度 热缺陷的运动：较高能量质点——间隙位——继续运动——定向迁移——物质传递运动 空位——填充样——原位置形成新的空位——空位定向迁移——反物质传递方向 上述两种扩散传质的重要机理：热缺陷产生消失 如：空位产生与复合，动态平衡时，一定温度下，热缺陷有一定的浓度缺陷反应等化学反应，化学平衡的质量作用用定律来讨论空缺陷平衡浓度。 以弗仑克尔为例 （正常格点离子）+（未被占据的空隙位置）=（间隙离子）+（空位） 则上式可写为： 由此得 2、肖特基缺陷浓度计算 计算方法与弗仑克尔方法一样，设正离子和负离子与表面上保持的位置反应，生成空位时和表面上离子对 缺陷深度不大时，nv＜ N 3-4 非化学计量化合物 非化学计量化合物——实际一些化合物并不符合定比定律，负离子与正离子的比例，并不是一个简单的固定的比例关系，此类化合物邓为此，由于在化学组成上偏离化学计量而产生的缺陷可以把这种缺陷分为四种： 等价于： 二、由于间隙离子（正）使金属离子过剩 过渡金属离子进入间隙位置糨是带正电，为保持电中性，等价的电子束缚在间隙位置金属离子周围，成为电中性，也成为一种色心。 及质量定律定律 三、由于存在间隙离了，使负离子过剩 结论： 1、从以上四种缺陷的类型的讨论结果看非化学计量缺陷的浓度与气氛的性质大小有关——与另的缺陷的最大区别。 2、也与温度有关，从平衡常数K与温度的关系可能反映出 从非化学计量观点看，世界上所有化合物都是非化学计量，只是程度不同而已。 3-5 位错 线缺陷：伸展表一个或两个原子以外的缺陷类型，为晶体结构中一维的缺陷 位错——能延伸直到穿过晶体或形成封闭环形的线缺陷。 在位借周围，杂质原子的富集，位错可以作为一个空位源，也可以作为一个空位的消除点，位借作与滑移面成一定角度的运动可以促进空位或间隙原子）的产生或消灭，即位错运动产生或消灭空位。 3-6 面缺陷 晶体面缺陷，指晶体的表面和多晶体的晶界，即在晶面两侧原子的排列不同，是二维方向的排列缺陷。 晶界即晶粒向界，由于多晶体中晶体中晶粒取向不同而形成的。 小 结 1、晶格结构缺陷类型 点缺陷 线缺陷 面缺陷 位借 晶体表面及晶界 点缺陷[填隙原子、空位、杂质原子] 3、热缺陷浓度计算 对于弗仑克尔及肖特基缺陷 4、非化学计量化合物 四种类型 （1）负离子缺位、金属离子过剩 （2）间隙正离子存在，金属离子过剩 （3）间隙负离子存在，负离子过剩 （4）正离子空位，负离子过剩 缺陷方程式，铠陷浓度与气氛的大小及性质关系。推导浓度同气氛压力大小的关系式，分析两者变化规律，温度对浓度的影响。 方程式可以改写为： MgO可以改写为： 一、由于负离子缺位、金属离子过剩 TiO2和ZrO2会产生这种缺