第二章 晶体缺陷第二章 晶缺陷体缺陷.ppt

第四章 晶体结构缺陷 一. 晶体结构缺陷的类型 二. 点缺陷 三. 非化学计量化合物 四. 线缺陷 五. 面缺陷 六. 固溶体 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 研究缺陷的意义 由于缺陷的存在，才使晶体表现出各种各样的性质，使材料加工使用过程中的各种性能得以有效的控制和改变，使材料性能的改善和复合材料的制备得以实现。因此，了解缺陷的形成及其运动规律，对材料工艺过程的控制，对材料性能的改善，对于新型材料的设计、研究与开发具有重要作用。 缺陷对材料性能的影响举例 材料的强化：如钢----是铁中渗碳 陶瓷材料的增韧 硅半导体 宝石类 半导体 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（固溶体）、非化学计量化合物等 一、按缺陷的几何形态分类 1. 点缺陷 2. 线缺陷 3. 面缺陷 4. 体缺陷 ? 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。 1.类型 ① 根据点缺陷对理想晶格偏离的几何位置分类 a. 空位（vacancy） 没有被占据的正常结点的位置 b. 间隙质点（interstitial particle） 进入晶格间隙的质点 c.杂质质点（foreign particle） ? 占据正常结点位置或间隙位置的外来质点 晶体中的点缺陷　　 ② 按缺陷产生的原因分类 a. 热缺陷 b.杂质缺陷（固溶体） c. 非化学计量化合物 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。 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.点缺陷的符号表征:Kroger-Vink（克罗格-明克）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杂质质点 （foreign particle ）杂质质点用NM表示, NM的含义是N质点占据M质点的位置。因此该缺陷又称为错放质点。 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。 在某种光、电、热的作用下，可以在晶体中运动，它们不属于某一特定原子 ⑤ 带电缺陷 　　在NaCl晶体中，取出一个Na+离子，会在原来的位置上留下一个电子e，，写成VNa’ ，即代表Na+离子空位，带一个单位负电荷。同理，Cl－离子空位记为VCl · ，带一个单位正电荷。 即：VNa’=VNa＋e，，VCl · =VCl＋h·。 其它带电缺陷： 　a. 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。 b. 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（VM”VX..）。 3、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： ⑴ 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： a. 位置关系 b.