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《固 体 物 理》;第四章 晶体中的缺陷与运动;?晶体缺陷的主要类型
点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷;;?晶体缺陷的主要类型
点缺陷(零维缺陷)
点缺陷:空位、填隙原子、杂质原子等类型缺陷所引起对晶格周期性的破坏发生在一个或几个晶格常数的限度范围内,故称点缺陷(约占一个原子大小的尺寸)。
空位:指正常格点上某个位置的原子不存在。
填隙原子:指正常晶格中的固有原子或外来原子挤进晶格间隙位置。;?晶体缺陷的主要类型
?本征点缺陷
本征缺陷:由热起伏产生的空位和填隙原子叫做热缺陷,也叫本征缺陷。;?晶体缺陷的主要类型
?本征点缺陷
Frenkel缺陷:原子由正常格点跳到填隙位置,同时产生一个空位和一个填隙原子。通常移动到间隙位置上的离子其半径都较小,多为阳离子。(空位与填隙原子成对产生)
Schottky缺陷:晶体内部的原子迁移到晶体表面的正常格点上,同时产生一个空位和一个新的正常格点。(对
于离子晶体正负离子空位成对出现)
对Schottky缺陷的产生还有另一种理解:表面上某个原子由其固有位置迁移到表面上另一个新的位置,在表面上形成一个空位,内部原子迁移到表面填充这个表面空位,而在内部形成空位。;?晶体缺陷的主要类型
?本征点缺陷;?晶体缺陷的主要类型
?杂质点缺陷
杂质缺陷:在偏离理想状态的固体点缺陷中,除了热运动引起的本征点缺陷之外,其余都为杂质点缺陷。
填隙式杂质点缺陷:①能源材料——贮氢材料,H进入金属或合金原子间隙;②某些合金就是由C、H、O、N等较小元素进入金属元素间隙而形成的。③钢就是铁掺碳,C进入Fe原子间隙;
替代式杂质点缺陷:①N型半导体:P-Si;②P型半导体:
Ga-Si;③红宝石:Al2O3(刚玉晶体)掺Cr2O3形成,
Cr3+-Al3+;;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
半导体中的电子缺陷(导带电子和价带空穴)
在纯净半导体中掺加杂质,在形成替位式杂质点缺陷的同时,改变了晶体的局部势场,使一部分电子能级从许可带中分离了出来,形成禁带能级,因而容易提供电子或空穴,使电导率增加。根据提供的载流子种类的不同分为施主杂质和受主杂质。
施主??质:杂质掺进去后,能提供给导带以电子,我们称这种杂质为施主杂质,形成的是n型半导体;
受主杂质:杂质掺进去后,能接受满带的电子,满带中出现电子空穴,我们们称这种杂质为受主杂质,形成的是p型半导体。;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
半导体中的电子缺陷(导带电子和价带空穴)
磷(P)、硼(B)掺入硅(Si)中后,禁带中出现能级ED
施主:电子与磷形成弱束缚,
能级在ED,很易被激发,
ED—施主能级
受主:空穴与硼形成弱束缚,
能级在ED,很易接受电子,
ED—受主能级;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
碱卤晶体中的电子缺陷(色心)
色心:由于电子在离子晶体中出现正、负离子缺位所引起的局部能级变化而导致的电子缺陷,我们称之为色心。
F心(负离子缺位)V心(正离子缺位)其它色心
极化子;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
碱卤晶体中的电子缺陷(色心)
F心(负离子缺位)
将碱卤晶体在碱金属的蒸汽中加热,此时碱金属的组分超过化学比,晶格中出现卤素离子的缺位。以NaCl为例,则出现了氯离子空位。由
于负离子是个正电中心V*Cl,能束缚电子,通常总有一个电子被束缚在
它周围,为六个最近临的钠离子所共有,当晶体受激(如受可见光照射)时,这个束缚着的电子就可能吸收某个波段的能量(电子激发吸收可见光)而被电离到导带,不被吸收的光则透过,显色,称F心。如NaCl出现F心,则显淡黄色(透过光的颜色)
俘获了电子的正电中心(负离子空位)的性质和上面提到的杂质半导体的施主很相似。;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
碱卤晶体中的电子缺陷(色心)
V心(正离子缺位)
将碱卤晶体在卤素蒸汽中加热,此时卤素的组分超过化学比,晶格中出现碱金属离子的缺位,即正离子空位。以NaCl为例,则出
现了钠离子空位。由于正离子空位是一个带负电的缺陷,即正离子空位是负电中心V’ ,能俘获空穴,以保持电中性。也就是说,有一
Na
个空穴被束缚在钠离子缺位的周围,为最近邻六个氯离子所共有。当晶体受激时(空穴激发吸收紫外光) ,这个空穴被激发到价带而成为自由空穴。
俘获了空穴的负电中心(正离子缺位)的性质同杂质半导体中的受主相似。;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
碱卤晶体中的电子缺陷(色心)
其它色心
除了基本色心F心和V心以外还有一系列其它色心,都是F心或V
心之间的聚集。例如:
R心=F心+负离子缺位,即两个负离子缺位+e;R2心=F心+F心,两个F心的聚集;
M心=F心+一对正负离子缺位
这属于缺陷的缔合;?晶体缺陷的主要类型
?电子缺陷
碱卤晶体中的电子缺陷(色心)
极化子
当一个电子被引入到完
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