材料科学基础_第三章晶体结构缺陷.pptVIP

第一篇 结构与性质 第一章 晶体学基础 第二章 晶体结构 第三章 晶体结构缺陷 第四章 非晶态结构;§3.1 点缺陷 §3.2 线缺陷 §3.3 面缺陷 §3.4 体缺陷;①定义 理想晶体所有质点都在自己的结点位置,质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体与理想的点阵结构发生偏离(位置、组成),存在着各种各样的结构的不完整性。;;空位; 海蓝宝石 含Fe2+的绿柱石Be3Al2[Si6O18]; 引入杂质可改变半导体的能带结构，所以杂质对半导体材料电学性能的影响十分显著。在晶体中引入杂质粒子称掺杂。;导带;一、点缺陷的类型 二、点缺陷化学反应表示法 三、热缺陷 四、固溶体（杂质缺陷） 五、非化学计量化合物（非化学计量缺陷） 六、点缺陷的运动（略）;空位、间隙质点、杂质质点;热缺陷(本征缺陷) :由热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷。  缺陷浓度与温度有关。 杂质缺陷(组成缺陷) ：由外加杂质的引入所产生的缺陷。  缺陷浓度主要与掺杂量、固溶度有关。 非化学计量缺陷：指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。 缺陷浓度主要与气氛性质、压力有关。;Kr?ger-Vink 符号：;有关缺陷符号（以 MX型晶体为例 ） ①原子空位—— VM和VX ②间隙原子—— Mi和Xｉ ③错位原子—— MX和XM ④自由电子及电子空穴—— e’ 和h? ⑤带电缺陷—— 离子空位VM” 和VX‥ 间隙离子Mi‥和Xi” 置换离子CaNa ? 和CaZr” ⑥缔合中心——电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会缔合成一组或一群，产生一个缔合中心， VM和VX发生缔合,记为VMVX）。;书写缺陷反应方程式必须遵守三个原则： ①位置关系——在化合物MaXb中，无论是否存在缺陷，M格点数与X格点数保持正确的比例关系，即M的格点数：X格点数=a:b （看下标） 格点数，不是原子个数 ，形成缺陷时，原子数会发生变化 e’、h?、Mi和Xi等不在正常格点上，对格点数的多少无影响 ②质量平衡——反应前后质量不变（看主体） ③电荷平衡——反应式两边有效电荷相同（看上标） ;以杂质缺陷为例 ;练习：;1、少量TiO2添加到Al2O3晶格内 ;2、少量Y2O3添加到ZrO2中;3、少量CaO加入到ZrO2晶格内;4、少量ZrO2 加入到Al2O3晶格内;三、热缺陷;热缺陷示意图;定义：晶格热振动时，正常结点上的原子（离子）迁移到表面，原来位置形成空位。;定义：晶格热振动时，正常结点上的原子（离子）跳入间隙，形成间隙原子；原来位置形成空位。; 当晶体中剩余空隙比较小，如NaCl型结构，容易形成肖特基缺陷；当晶体中剩余空隙比较大时，如萤石CaF2型结构等，容易产生弗仑克尔缺陷。 ;思考题P78：;(1)热力学统计物理的方法P76 自由能最小原理 ;玻尔兹曼常数K=1.38x10-23;玻尔兹曼常数K=1.38x10-23;玻尔兹曼常数K=1.38x10-23;① MX2型晶体肖特基缺陷浓度的计算 CaF2晶体形成肖特基缺陷反应方程式为： 又[O]=1， 则;② 弗仑克尔缺陷浓度的计算 AgBr晶体形成弗仑克尔缺陷的反应方程式为： AgAg? 又[AgAg]?1，则; 注意:在计算热缺陷浓度时，由形成缺陷而引发的周围原子振动状态的改变所产生的振动熵变，在多数情况下可以忽略不计。且形成缺陷时晶体的体积变化也可忽略，故热焓变化可近似地用内能来代替。所以，实际计算热缺陷浓度时，一般都用形成能代替计算公式中的自由焓变化。 ;1、固溶体的分类 2、置换型固溶体 3、间隙型固溶体 4、形成固溶体后对晶体性质的影响 5、固溶体的研究方法;①固溶体：含有外来杂质原子的单一均匀的晶态固体。 例：MgO晶体中含有FeO杂质 → Mg1-xFexO ; 类型 项目 ;(1) 按杂质原子的位置分： 置换型固溶体—杂质原子进入晶格中正常结点位置而取代基 质中的原子。例MgO-CoO形成Mg1-xCoxO固溶体。 间隙型固溶体—杂质原子进入晶格中的间隙位置。 (2)按杂质原子的固溶度x分