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第一章晶体结构缺陷第一章晶体结构缺陷第一章晶体结构缺陷第一章晶体结构缺陷第三节晶体的结构缺陷总述——1、缺陷产生的原因——热震动杂质2、缺陷定义——实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性,把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。3、研究缺陷的意义——导电、半导体、发色(色心)、发光、扩散、烧结、固相反应………。(材料科学的基础)4、缺陷分类——点缺陷、线缺陷、面缺陷第一章晶体结构缺陷第一节点缺陷一、类型A根据对理想晶体偏离的几何位置来分,有三类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。固溶体第一章晶体结构缺陷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)第一章晶体结构缺陷1、热缺陷: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。(1)Frankel缺陷特点——空位和间隙成对产生;晶体密度不变。例:纤锌矿结构ZnO晶体,Zn2+可以离开原位进入间隙,此间隙为结构中的另一半“四孔”和“八孔”位置。从能量角度分析:下第一章晶体结构缺陷Frankel缺陷的产生上第一章晶体结构缺陷(2)Schttky缺陷正常袼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。Schttky缺陷形成的能量小Frankel缺陷形成的能量因此对于大多数晶体来说,Schttky缺陷是主要的。特点——形成——从形成缺陷的能量来分析——热缺陷浓度表示: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,晶体体积增大下第一章晶体结构缺陷Schottky缺陷的产生上第一章晶体结构缺陷2杂质缺陷概念——杂质原子进入晶体而产生的缺陷。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)第一章晶体结构缺陷3非化学计量结构缺陷(电荷缺陷)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;不同种类的离子或原子数之比不能用简单整数表示。如:;非化学计量缺陷电荷缺陷价带产生空穴导带存在电子附加电场周期排列不变周期势场畸变产生电荷缺陷第一章晶体结构缺陷二、缺陷化学反应表示法用一个主要符号表明缺陷的种类用一个下标表示缺陷位置用一个上标表示缺陷的有效电荷如“.”表示有效正电荷;“/”表示有效负电荷;“×”表示有效零电荷。用MX离子晶体为例(M2+;X2-):(1)空位:VM表示M原子占有的位置,在M原子移走后出现的空位;VX表示X原子占有的位置,在X原子移走后出现的空位。1.常用缺陷表示方法:第一章晶体结构缺陷把离子化合物看作完全由离子构成(这里不考虑化学键性质),则在NaCl晶体中,如果取走一个Na+晶格中多了一个e,因此VNa必然和这个e/相联系,形成带电的空位——写作同样,如果取出一个Cl-,即相当于取走一个Cl原子加一个e,那么氯空位上就留下一个电子空穴(h.)即第一章晶体结构缺陷(2)填隙原子:用下标“i”表示Mi表示M原子进入间隙位置;Xi表示X原子进入间隙位置。(3)错放位置(错位原子):MX表示M原子占据了应是X原子正常所处的平衡位置,不表示
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