晶体结构缺陷.ppt

第二章 晶体结构缺陷 § 2.1 晶体结构缺陷的类型 § 2.2 点缺陷 § 2.3 线缺陷 § 2.4 面缺陷 缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。 缺陷对材料性能的影响 §2.1 晶体结构缺陷的类型 分类方式： 　 几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 　 形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等 一、按缺陷的几何形态分类 1.点缺陷（零维缺陷） ? 缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包括： 空位(vacancy) 间隙质点(interstitial particle) 杂质质点(foreign particle)，如图2-1所示。 ? 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 图2-1 晶体中的点缺陷 2.线缺陷（一维缺陷） 　　指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错（dislocation），如图2-2所示。 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 图2-2 (a)刃位错 (b)螺位错 3.面缺陷 面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 图2-3　面缺陷－晶界 图2-4 面缺陷－堆积层错面心立方晶体中的抽出型层错(a)和插入型层错(b) 图２－５　面缺陷－共格晶面面心立方晶体中{111}面反映孪晶 二、按缺陷产生的原因分类 1. 热缺陷 2. 杂质缺陷 3. 非化学计量缺陷 4. 其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等 1.热缺陷 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（Frenkel defect）和肖特基缺陷（Schottky defect） 热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加 图2-6 热缺陷产生示意图 2.杂质缺陷 定义:亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷（原位质点被杂质质点所取代）。 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。 杂质缺陷对材料性能的影响 3.非化学计量缺陷 定义:指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。 特点:其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。是一种半导体材料。 §2.2 点缺陷 本节介绍以下内容： 一、点缺陷的符号表征：Kroger-Vink符号 二、缺陷反应方程式的写法 一、点缺陷的符号表征:Kroger-Vink符号 以MX型化合物为例： 1.空位（vacancy）用V来表示，符号中的右下标表示缺陷所在位置，VM含义即M原子位置是空的。 2.间隙原子（interstitial）亦称为填隙原子，用Mi、Xi来表示，其含义为M、X原子位于晶格间隙位置。 3. 错位原子 错位原子用MX、XM等表示，MX的含义是M原子占据X原子的位置。XM表示X原子占据M原子的位置。 4. 自由电子(electron)与电子空穴 (hole) 　　分别用e，和h· 来表示。其中右上标中的一撇“，”代表一个单位负电荷，一个圆点“ · ”代表一个单位正电荷。 其它带电缺陷： 　1)CaCl2加入NaCl晶体时， 若Ca2+离子位于Na+离子位置上，其缺陷符号为CaNa · ，此符号含义为Ca2+离子占据Na+离子位置，带有一个单位正电荷。 2)CaZr,,表示Ca2+离子占据Zr4+离子位置，此缺陷带有二个单位负电荷。 其余的缺陷VM、VX、Mi、Xi等都可以加上对应于原阵点位置的有效电荷来表示相应的带电缺陷。 6.缔合中心 电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会缔合成一组或一群，产生一个缔合中心， VM和VX发生缔合,记为（VMVX）。 二、缺陷反应表示法 对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式： 1.写缺陷反应方程式应遵循的原则 与一般的化学反应相类似，书写缺陷反应方程式时，应该遵循下列基本原则： （1）位置关系 （2）质量平衡 （3）电中性 （1）位置关系： 在化合物M