缺陷化学.PDF

第四章缺陷化学 4.1 理想晶体和实际晶体 对于理想晶体，其内部质点在三维空间严格按照空间 格子规律作周期性重复排列 ，而实际晶体总有原子或 离子并不按理想点阵排列，偏离了自己本来应该占据 的位置。 现实当中是找不出完美晶体的，实际晶体总是或多或 少地存在着各式各样的缺陷。 点缺陷的热力学分析 S=kln W S ：构型熵 k: 波尔兹曼常数 W ：几率，正比与1023 ∆G=∆H-T∆S 在一定浓度范围内，缺陷的生 成会导致系统吉布斯自由能的 下降。 在完整点阵结构的晶体中引入缺陷后能量的变化 4.2 缺陷分类及缺陷化学研究的对象和方法 根据缺陷的大小、形状和作用范围分类 点缺陷 在三维方向上尺度都很小的缺陷。例如，空位、间隙原子、杂 质原子等。 线缺陷 在一维方向上的缺陷，其它二维方向上尺度都很小。线缺陷又 称位错。 面缺陷 在二维方向上伸展的缺陷。例如，晶界。 体缺陷 三维尺寸上都比较大的缺陷。例如，杂质团聚体和空洞 。 缺陷化学的研究对象和内容 研究对象 点缺陷。包括点阵结点，空位、间隙原子、杂质原子 导带中的电子和价带中的电子空穴等。不包括声子和 激子。 研究内容 点缺陷的生成、点缺陷的平衡、点缺陷之间的反应、 点缺陷的存在所引起的固体中载流子（电子和空穴） 的变化，点缺陷对固体性质的影响以及如何控制固体 中点缺陷的种类和浓度等。 4.3 点缺陷的类型及表示方法 根据对理想晶格偏离的几何位置及成分分类 填隙原子（离子） 原子（或离子）进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为填 隙原子（或离子）。 空位 正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点，称为空位。 杂质原子（离子） 由于外来杂质原子（或离子）进入晶格而产生。 根据缺陷产生的原因分类 热缺陷 处在晶格结点上的原子，由于热振动的能量起伏，有一部分会 离开正常位置，而造成的缺陷。 热缺陷是材料固有的缺陷，是本征缺陷的主要形式。根据缺陷 所处的位置，又分为弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。 杂质缺陷 由于外来杂质质点进入晶格内而产生的缺陷。 非化学计量缺陷 某些化合物的化学组成会明显的随着周围气氛的性质和分压大小 的变化而偏离化学计量组成，这种由组成上的非化学计量化造成 的空位、间隙原子以及电荷转移，会使晶体的完整性受到破坏， 也即产生了缺陷。 电子缺陷和带电缺陷 由于点缺陷的存在，导致在导带中有电子，而在价带中带有电子 空穴。这类电子和空穴也是一种缺陷，总称为电子缺陷。电子或 电子空穴被束缚在缺陷位置上，形成一个附加电场，往往能引起 晶体中周期性势场畸变，改变晶体的一些性质，故称它们为带电 缺陷。 4.4 弗仑克尔缺陷 在晶格热振动时，一些能量足 够大的原子离开平衡位置后，