固体中的点缺陷.pptVIP

肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷肖特基缺陷的浓度可以通过热膨胀实验来测定。原理：离子晶体中空位缺陷会导致缺陷周围的离子由于静电引力不平衡而向外扩张；金属中，空位周围的原子则向内松弛方法：分别测量整个晶体的热膨胀系数和晶格参数的热膨胀系数，晶体的热膨胀系数包括晶格本身的热膨胀以及由肖特基缺陷所引起的膨胀，二者的差值反映了肖特基缺陷的存在及浓度。杂质缺陷点缺陷杂质原子无论进入晶格间隙的位置或取代主晶格原子，都必须在晶格中随机分布，不形成特定的结构。杂质原子在主晶格中的分布可以比喻成溶质在溶剂中的分散，称之为固溶体。晶体的杂质缺陷浓度仅取决于加入到晶体中的杂质含量，而与温度无关，这是杂质缺陷形成（非本征缺陷）与热缺陷形成（本征缺陷）的重要区别。外来原子进入主晶格（即原有晶体点阵）而产生的结构为杂质缺陷。杂质缺陷杂质原子/离子能否进入某种物质的晶体中或者取代某个原子/离子，取决与能量效应是否有利，能量效应包括：离子之间的静电作用能、健合能以及相应的体积效应等因素。杂质缺陷对于取代离子型晶体：正负离子电负性差别较大，杂质离子应进入与其电负性相近的离子的位置上。当化合物组成元素电负性相差不大，或杂质元素的电负性介于它们的电负性之间时，则原子的大小等几何因素决定取代过程能否进行的主要因素。例：各种金属间化合物或者共价化合物中，原子半径相近的(15%)元素可以相互取代。Si在InSb中占据Sb位；在GaAs中，Si即可占据Ga位，又可占据As位；Ge在InSb中占据In位，在GaSb中则占据Sb位；Sn在GaSb中占据Ga位，在InSb中占据In位。杂质缺陷对于生成间隙杂质原子/离子能否进入晶体的间隙位置，主要决定于体积效应。只有那些半径较小的原子或离子才有可能成为间隙杂质缺陷。如：H、C原子，Li+、Cu+离子等。杂质缺陷外来的杂质原子，可以以原子的形式存在也可以离子化的形式存在，即以失去电子或束缚着电子的状态存在。当杂质离子的价态和它所取代的基质晶体中的离子的价态不同时，会给晶体带入额外的电荷，这些额外的电荷必须同时由具有相反电荷的其它缺陷来加以补偿，使整个晶体保持电中性，掺杂才能继续进行。杂质缺陷例一：BaTiO3中掺入La3+，形成，则同时必须有等量的Ti4+被还原成Ti3+，形成生成物的组成可以写为：杂质缺陷例二：利用掺在过程必须遵循电中性原则，制备具有指定载流子浓度的材料。NiO：淡绿色绝缘体，掺入少量Li2O后，为黑色p型半导体，控制掺入量10%(原子比)，则材料电导率为1(??cm)-1，增大约1010倍。反应如下：杂质缺陷为保持电中性，每引入一个Li+，则相应的有一个Ni2+被氧化为Ni3+，最后形成的化合物可以表示为：存在的缺陷为：和缺陷相当于Ni2+离子上束缚着一个正空穴(Ni2++h·)，在电场作用下，可以产生空穴电导。正空穴h·沿着Ni2+-Ni3+-Ni2+-Ni3+-…之间传递。如果直接在弱氧化性气氛中加热NiO，也可以将部分Ni2+被氧化为Ni3+电子和空穴禁带(Forbiddenband)、能隙(Energygap)、能带隙(Bandgap)：位于导带和价带之间，不存在电子轨道的能量区域。导带(Conductionband)：导带中的电子可在晶体中自由运动。价带(Valenceband)：价带中的电子是定域的，不能在晶体中自由移动。施主缺陷施主缺陷:能给出电子的缺陷As掺入Ge中，形成As有5个价电子，电子填满晶体价带之后，还多出一个，相当于，但As原子对这个额外电子的束缚相对于Ge原子要弱，因此该电子的能量高于一般价带中的电子，而位于导带底部的禁带中。施主缺陷导带ED价带ED是使激发一个电子所需能量是一个能给出电子的缺陷，叫做施主缺陷，它所在的能级叫做施主能级，ED叫施主电离能。这种以电子导电为主的半导体叫做n型半导体。1234受主缺陷受主缺陷B掺入Ge中，形成B有只3个价电子，相当于晶体中价带未完全充满，或者说缺陷处的价带中存在一个空穴，相当于，该空穴被松弛的束缚着，因此缺陷能级位于价带顶部的禁带中。受主缺陷导带EA价带EA是使放出一个空穴所需能量是一个能接受电子的缺陷，叫做受主缺陷，它所在的能级叫做受主能级，EA叫受主电离能。这种以空穴导电为主的半导体叫做p型半导体。1234电子和空穴本征半导体中受激发产生的导带电子和价带空穴并不是完全自由的，它们之间在一定程度上相互关联的形成一个电子空穴对而运动着，构成激子(E