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第二章 晶体结构缺陷 要 求：（1）掌握缺陷的形成、类型、缺陷反应式，固溶体的分类、性质及影响因素等； （2）理解硅酸盐材料与缺陷的关系。 重点及难点：缺陷反应式的写法、分析， 各种缺陷浓度的计算 §2.1 晶体结构缺陷的类型 理想晶体 实际晶体 空位 填隙原子 杂质原子 一、类型 A 根据对理想晶体偏离的几何位置来分，有三类 空 位 填 隙 原 子 杂 质 原 子 正常结点位置没有被质点占据，称为空位。 质点进入间隙位置成为填隙原子。 杂质原子进入晶格（结晶过程中混入或加入，一般不大于1％，）。 进入 间隙位置—间隙杂质原子 正常结点—取代（置换）杂质原子。 固溶体 §2.2 点缺陷 B 根据产生缺陷的原因分 热 缺 陷 杂 质 缺 陷 非化学计量结构缺陷（电荷缺陷） （1） Frankel缺陷 特点 —— 空位和间隙成对产生 ；晶体体积和密度不变。 离子半径相差悬殊时，晶体中弗林克尔缺陷是主要的。 1、本征缺陷（热缺陷）：晶体本身所固有的缺陷。 当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热运动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷。 一定的温度和压力下，对应一个热缺陷浓度。 按照原子进入晶格内的不同位置： （2） Schttky缺陷 正常格点的原子由于热运动跃迁到晶体表面，在晶体内正常格点留下空位。 正负离子半径相差不大时，晶体中Schttky 缺陷是主要的。 特点—— 形成—— 对于离子晶体，为保持电中性，正离子空位和负离子空位成对产生，晶体体积增大，密度下降 热缺陷 —— 由原子热振动而产生的缺陷，本征缺陷 空位、间隙原子成对出现，体积不变 原子跃迁至表面，体内留下空位，体积增加， 正负离子空位成比例、成对出现 2 杂质缺陷(非本征缺陷) 概念——由外来杂质原子进入晶体而产生的缺陷。杂质原子进入晶体的数量一般小于0.1%。 种类——间隙杂质 置换杂质 固溶体——杂质进入主晶格，“互溶”而不出现新的结构。 可看成 一种特殊的杂质缺陷结构。 特点——杂质缺陷的浓度与温度无关,只决定于溶解度。 存在的原因——本身存在 有目的加入(改善晶体的某种性能) 3 非化学计量结构缺陷（电荷缺陷） 非化学计量化合物：在原子或离子晶体化合物中，正负离子并不一定总是遵守整数比关系，同一种物质的组成可以在一定范围内变动，不同种类的离子或原子数之比不能用简单整表示。如： ; 非化学计量结构缺陷：这种组成可变的结构被称为非化学计量结构缺陷。 非化学计量结构缺陷的形成需要在化合物中掺入杂质、有多价态元素组分，如过渡金属氧化物Fe1-XO、或环境中气氛和压力发生变化。 存在于非化学计量化合物中的结构缺陷，化合物化学组成与周围环境气氛有关；它是产生n型或p型半导体的基础。 非化学计量缺陷 电荷缺陷 价带产生空穴 导带存在电子 为保持晶体的电中性，此时有部分钛离子从四价变为三价，钛外层的价电子得以部分保留。导带上有电子存在，从而形成n 型半导体。 例如： n 型半导体 能带理论： 非金属固体 在0K时，导带空，价带满，不导电；当有热能或其他能量时，电子被激发，跃迁至导带中，而在价带中留下空穴，电子和空穴形成了一个附加电场，物质利用电子或空穴导电。 电子导电—— n 型半导体 空穴导电—— p 型半导体 非化学计量缺陷也称电荷缺陷 电子的能级非常接近导带，容易贡献出一个自由电子称施主能级 二、点缺陷的符号表示法 1. 空位（Vacancy） VM —— M原子空位 VX —— X原子空位 晶体结构中的点缺陷是利用化学热力学原理研究缺陷的产生、平衡及其浓度。点缺陷的浓度一般小于0.1%摩尔分数。 3. 错位原子 4. 溶质原子（置换原子) 2. 填隙原子 Mi —— M处于间隙位置上 Xi —— X处于间隙位置上 MX —— M占据X的位置 XM —— X占据M的位置 LM —— M位置上的原子被L所置换 SX —— X位置上的原子被S所置换 5. 自由电子或电子空穴 6. 带电缺陷 7. 缔合中心：两个或更多的缺陷占据相邻的晶格位置，形成缺陷缔合体。如两个带有相反电荷的点缺陷相互吸引： 自由电子： 电子空穴： （1）缺陷符号 缺陷的有效电荷是相对于基质晶体的结点位置而言的，