3第三章-晶体结构缺陷.pptVIP

晶界部分的原子排列尽管有其规律，但排列复杂，暂以相对无序来理解。 3、堆积层错 六方最紧密堆积 面心立方最紧密堆积 原子堆积排列 …ABCACABCABC…(b) …ABCACBCABC…(c) 原子堆积排列层错特点： 层错是堆积中原子排错了一层，错层上原子仍是密排的。 ? 密堆原子层的表面能变化不大。 ? 层错的畸变区约为一个原子的尺度，因此层错的交界区（晶界过渡区）很薄，界面能也较小。 ? 在原子密堆积的晶体（如Au，Al等）中容易产生层错。 ? 层错破坏了晶格的长程序，要散射电子。在半导体单晶器件中，层错对器件性能影响很大。 ? 4、反映孪晶面 单晶体中存在一个界面，如具有对称面作用，即产生界面两侧 原子排列互相对称，称双晶界面（孪生晶界）。 晶界上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为两部分所共有，这种形式的界面称为共格界面。 铜合金中的孪晶 钛铝金属间化合物中的孪晶 * * * * * * * * * 《无机材料科学基础》P110 位错越密集，意味着晶界处原子的错排程度越大，混乱度越差，说明两边的晶粒位相相差越大。 1对称倾斜晶界，2非对称倾斜晶界，3扭转晶界 * MgO溶解到Al2O3晶格内 MgO溶到Al2O3晶格内形成有限置换型固溶体 合理 NaCl型 1）低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷， 为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子。 2） 高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷， 为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。 杂质缺陷反应规律 (3). 非化学计量结构缺陷 说明：可以看作Ti3+向Ti4+进行掺杂。 TiO2在还原气氛下失去部分氧，生成非化学计量化合 物TiO2-x，写出缺陷反应方程 3. 热缺陷浓度的计算 在一定温度下，热缺陷是处在不断地产生和消失的过程中，当单位时间产生和复合而消失的数目相等时，系统达到平衡，热缺陷的数目保持不变。 根据质量作用定律，可以利用化学平衡方法计算热缺陷的浓度。 热缺陷浓度与温度的关系 为热缺陷浓度，用热缺陷在总晶格位置中所占的分数表示； 缺陷形成自由焓 波尔兹曼常数 形成能一般规律： (1) 热缺陷浓度随温度升高呈指数上升； (2) 热缺陷浓度随缺陷形成自由焓升高而下降；但当缺陷的生产能不太大，而温度比较高，就会产生相当可观的缺陷浓度。 (3) 在同一晶体中生成弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷的能量往往存在很大差别。 (4) 缺陷形成能的大小与晶体结构、离子极化率等有关。 NaCl型结构的离子晶体，生成一个间隙离子和一个空位缺陷需要7~8 eV。所以即使温度到2000度，离子缺陷浓度也很小 对于CaF2晶体，F-离子生成弗伦克尔缺陷与肖特基缺陷的形成能分别为2.8 eV和5.5eV，所以晶体中以弗伦克尔缺陷为主。 不同温度下缺陷浓度表 4、点缺陷的化学平衡 在一定温度下，热缺陷是在不断地产生和消失过程中， 当系统达到平衡时，即缺陷数目保持不变。 可以根据质量作用定律，通过化学平衡方法计算热缺陷浓度 1）弗仑克尔缺陷浓度 以AgBr晶体为例： 根据质量作用定律，平衡常数： 由阿累尼乌斯公式： 2）MX型离子晶体的肖特基缺陷浓度 则平衡常数： 以MgO为例： 由阿累尼乌斯公式： 3）MX2型离子晶体的肖特基缺陷浓度 则平衡常数： 以CaF2为例： 由阿累尼乌斯公式： F-离子空位浓度是Ca2+离子空位浓度的2倍 * 色心 色心 —— 一种能够吸收可见光的晶体缺陷，是由于电子补偿而引起的点缺陷。 有的晶体，如果用 x 射线、? 射线、中子、或电子辐照，往往会产生颜色； 将经辐照变色的晶体加热，又能使晶体去掉颜色。 金刚石 电子辐照 蓝色 石 英 中子辐照 棕色 理想完整的离子晶体 能隙很大，在可见光 范围无吸收，只有紫 外波段有吸收，纯的 离子晶体通常为绝缘 体，且无色透明。 * 使晶体显色的方法 引入化学杂质 引入过量的金属离子 X-Ray或射线辐照，中子或电子轰击 电解 * 如果向晶体中引入电子或空穴，将分别被带有正负有效电荷的点缺陷所俘获，形成俘获电子中心和俘获空穴中心；这些中心的存在使得晶体中出现相应的光吸收带； 部分中心的光吸收带在可见光区，使晶体呈现不同的颜色； 部分中心的光吸收带不在可见光区，不使晶体显色，但也是吸收光的基因。 这些中心统称为色心。 * 缺陷簇 缺陷簇：点缺陷引起的晶格结构畸变。 如图： * 例如Frenkel缺陷：晶格结点空位和填隙离子带相反的电荷，如果它们彼此接近时，会互相吸引成对。虽然整个晶体表现出电中性，但缺陷对带有偶极性，它们可互相吸引形成较大的聚集体或缺陷簇 —— 类似