固体物理-12-01晶体的缺陷.pptVIP

* 弗仑克尔缺陷：一定温度下，格点原子在平衡位置附近振动，其中某些原子能够获得较大的热运动能量，克服周围原子化学键束缚而挤入晶体原子间的空隙位置，形成间隙原子，原先所处的位置相应成为空位。这种间隙原子和空位成对出现的缺陷称为弗仑克尔缺陷。 肖特基缺陷：由于原子挤入间隙位置需要较大的能量，所以常常是表面附近的原子A和B依靠热运动能量运动到外面新的一层格点位置上，而A和B处的空位由晶体内部原子逐次填充，从而在晶体内部形成空位，而表面则产生新原子层，结果是晶体内部产生空位但没有间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。 * 所谓F心是离子晶体中的一个负离子空位束缚一个电子构成的点缺陷。形成过程是碱卤晶体在相应的过量碱金属蒸汽中加热，例如：NaCl晶体在Na蒸汽中加热后呈黄色；KCl晶体在K蒸汽中加热后呈紫色；LiF在Li蒸汽中加热后呈粉红色。 F心的着色原理在于加热过程中过量的碱金属原子进入晶体占据碱金属格点位置。晶体为保持电中性，会产生相应数目的负离子空位。同时，处于格点的碱金属原子被电离，失去的电子被带正电的负离子空位所束缚，从而在空位附近形成F心，如图，F心可以看成是束缚在负离子空位处的一种“电子陷阱”。 固体物理 Solid State Physics 西南科技大学 固体物理Solid State Physics 第十二章 晶体中的缺陷和扩散 §12.1 晶体结构缺陷 12.1 晶体结构缺陷的类型 12.2 点缺陷 12.3 线缺陷 12.4 面缺陷 12.5 缺陷扩散 Point Defects Line Defects (Dislocations) Surface Defects Defects Diffusion 缺陷的含义：通常把晶体结构中和理想的点阵结构发生偏差的区域称为晶体的结构缺陷。 理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。 实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。 缺陷的定义 分类方式： 几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等 形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等 12.1晶体结构缺陷的类型 点缺陷 由于各种原因使晶体内部质点有规则的周期性排列遭到破坏，引起质点间势场畸变，产生晶体结构不完整性，但其尺度仅仅局限在1个或若干个原子级大小的范围内，这种缺陷就称为点缺陷。零维缺陷。 点缺陷是是晶体中最简单、最常见或者说一定存在的缺陷形式。 ——点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 肖脱基（Schottky）缺陷 一、点缺陷的类型 费伦克尔（Frenkel）缺陷 杂质缺陷（ impurity defect ） 色心（color center) 杂质质点（foreign particle） 空位（vacancy） 间隙质点（interstitial particle） 位置、成分 形成原因 热缺陷 Point defects: (a) vacancy, (b) interstitial atom, (c) small substitutional atom, (d) large substitutional atom, (e) Frenkel defect, (f) Schottky defect. All of these defects disrupt the perfect arrangement of the surrounding atoms. 晶体中的点缺陷　　 (a)空位 (b)杂质质点 (c)间隙质点 热缺陷 定义：热缺陷亦称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点（原子或离子）。 类型：弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖脱基缺陷（Schottky defect） 热缺陷浓度与温度的关系：温度升高时，热缺陷浓度增加 （a）弗仑克尔缺陷的形成 （b）单质中的肖特基缺陷的形成 （只有空位产生） 特点 :空位与间隙质点成对出现； 晶体密度不变。 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 图 热缺陷产生示意图 杂质缺陷 定义：亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。 （1）杂质原子占据基质原子的位置， （2）杂质原子进入晶格间隙位置。 特征：如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内，则杂质缺陷的浓度与温度无关。 杂质缺陷对材料性能有较大的影响 ——原因：色心是一种非化学计量比引起的空位缺陷。该空位能够吸收可见光使原来透明的晶体出现颜色，因而称它们为色心。 定义：晶体中存在的能对特定波长的光产生吸收的点缺陷。 色心 最常见的色心是F色心和V色心。 F色心形成过程示意图 非化学计量化合物