06固体物理第四章.ppt

由布朗运动理论： 得到空位机制下，格点原子扩散系数： B、间隙原子机制 一定温度下，晶格原子从格点进入间隙位置，然后通过间隙原子的布朗运动，形成扩散。 布朗行程 从格点出发，间隙原子平均经过 小步遇到空位 每一小步的距离等于晶格常数 布朗行程方均值 由于无规则运动， 布朗行程方均值 由格点形成间隙原子的几率（单位时间内形成间隙原子的次数） 由格点形成间隙原子所需要时间 由布朗运动理论 得到间隙机制下，格点原子扩散系数 2、杂质扩散微观机制 间隙杂质原子扩散 半径较小的原子以间隙方式存在于晶体中，扩散过程中不需要从格点形成间隙原子的能量，扩散系数远大于基体原子以间隙原子机制的扩散系数。 杂质原子在间隙位置的振动频率 替位杂质原子存在空位扩散和间隙原子扩散两种机制，由于杂质原子与晶 体基体原子的差别，使杂质原子周围晶格发生畸变，杂质原子近邻出现空位 的几率增加，大大提高了杂质扩散速率。 替位杂质原子扩散 （a)以间隙原子机制扩散 （b)以空位机制扩散 4.3 离子晶体的点缺陷及导电性 4.3.1 离子晶体中的点缺陷 - + - + - - + - - + + + - - - + + - + - + - - + - + + 理想离子晶体正、负离子相间排列，每个离子被配位数相等的异号离子包围： + - + - - + - + - + - + - - + - + + 一定温度下，热涨落产生空位或间隙原子，缺陷处形成正或负电中心， - + - + - - + - + + + - - - + - + - + - - + - + + + - + - - + - + - + - + - - + - + + 负离子空位 正离子空位 + 间隙正离子 - 间隙负离子 由于晶体电中性要求，离子晶体中肖特基缺陷应有数量相同的正、负离子空位；对夫伦克尔缺陷应有数量相同的正离子空位和间隙正离子、数量相同的负离子空位和间隙负离子。 4.3.2 离子晶体的导电性 没有外加电场作用，离子晶体的热缺陷无规则运动，不呈现导电性。 V 外加电场作用下，离子晶体的热缺陷受到电场力作用，出现定向漂移。 负离子空位、负间隙离子定向漂移示意图 分析 以正间隙离子在电场作用下的定向漂移为例： 正间隙离子 电场使正间隙离子的产生电势能， 电势能迭加在间隙离子原来的势垒上，势垒高度出现不对称变化 势垒高度 间隙离子左侧势垒高度 ，向左跳跃的次数 间隙离子右侧势垒高度 ，向右跳跃的次数 间隙离子左右跳跃次数的差 间隙离子左右跳跃次数差乘每次跳跃的距离 ，得到离子定向漂移速度 一般电场强度下， ，得到 定义单位电场强度下的离子漂移速度为迁移率 ，得到 爱因斯坦证明，粒子迁移率与扩散系数存在如下关系， 得到离子晶体间隙离子的扩散系数 假设间隙离子密度为 ，得到间隙离子的电流密度 4.3.3 色心 在碱卤晶体（如NaCl)中扩散碱金属原子(如Na)，碱金属原子占据正离子格点位置，释放一个电子成为正离子，破坏了碱卤原子的化学比，于是在碱金属离子近邻出现负离子空位。 - + - + - + + + - - + - + - + - + - + - + - + - F心 负离子空位俘获碱金属原子提供的价电子，形成F心。 F心的电子组态与氢原子类似，电子从基态到第一激发态的跃迁在可见光区形成吸收谱线，由于晶格振动，吸收谱线展宽为吸收带。 第一激发态 基态 1S 2P 可见光吸收谱线 在100晶向上相邻排列的2个F心称为M心。 在(111)晶面上相邻排列的3个F心称为R心。 将卤素原子扩散进碱卤晶体，占据负离子格点，造成卤素原子过剩，晶体中出现正离子空位，形成负电中心。 负电中心从近邻捕获一个空穴，形成V心。 4.4 线缺陷（位错（dislocation） ） 晶体中某一条线附近原子排列出现对周期性的偏离 位错线 1 E E 1 2 b b 1 2 负刃位错 正刃位错 b 4.4.1 刃位错 b：滑移方向 B B’ A C D A D B B’ C C’ · 例4、螺旋位错(screw dislocation) 金刚石型结构( diamond )中的两种间隙位置 　晶胞中包含8个原子，原子占晶胞空间34％，66%空隙,近似计算如下: 设原子近似为半径 的圆球，位于立方体顶角的圆球球心与距离1/4对角线长度处的圆球球心为两球半径之和 ,它等于边长为 的立方体的体对角线长度 的1/4，所以: 原子占晶胞的体积比： 四面体间隙位置Ｔ 六面体间隙位置Ｈ T Ｈ 空隙称为间隙位置，是