《晶體結(jié)構(gòu)缺陷》PPT課件.ppt

第三章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷,一、晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型,缺陷的 類型,點(diǎn)缺陷,線缺陷,面缺陷,其特點(diǎn)是在三維方向上的尺寸都很小，缺陷的尺寸處在一、兩個(gè)原子大小的級(jí)別，又稱零維缺陷，例如空位，間隙原子和雜質(zhì)原子等。,其特點(diǎn)是僅在一維方向上的尺寸較大，而另外二維方向上的尺寸都很小，故也稱一維缺陷，通常是指位錯(cuò)。,其特點(diǎn)是僅在二維方向上的尺寸較大，而另外一維方向上的尺寸很小，故也稱二維缺陷，例如晶體表面、晶界和相界面等。,第一節(jié) 晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型,點(diǎn)缺陷,間隙原子、空位、置換原子,面缺陷,晶體表面、晶粒間界、相界面,線缺陷,位錯(cuò),第二節(jié) 點(diǎn)缺陷的類型,點(diǎn)缺陷的類型,劃分,原則,根據(jù)其對(duì)理想晶格偏離的幾何位置及成分來(lái)劃分,1、間隙原子：原子進(jìn)入晶格中正常結(jié)點(diǎn)之間的間隙位置，成為間隙原子或稱填隙原子。,2、空位：正常結(jié)點(diǎn)沒(méi)有被原子或 離子所占據(jù)，成為空結(jié)點(diǎn)，稱為空 位。,3、雜質(zhì)原子：外來(lái)原子進(jìn)入晶格，就成為晶體中的雜質(zhì)。這種雜質(zhì)原子可能取代原來(lái)晶格中的原子而進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的位置，成為置換式雜質(zhì)原子；也可能進(jìn)入本來(lái)就沒(méi)有原子的間隙位置，成為間隙式雜質(zhì)原子。這類缺陷統(tǒng)稱為雜質(zhì)缺陷。,點(diǎn)缺陷的類型示意圖,第二節(jié) 點(diǎn)缺陷的類型,點(diǎn)缺陷的類型,劃分,原則,根據(jù)產(chǎn)生缺陷的原因來(lái)劃分,1、熱缺陷：在沒(méi)有外來(lái)原子時(shí)，當(dāng)晶體的溫度高于絕對(duì)0K時(shí)，由于晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)，使一部分能量較大的原子離開(kāi)正常的平衡位置，造成缺陷，這種由于原子熱振動(dòng)而產(chǎn)生的缺陷稱為熱缺陷。,2、雜質(zhì)缺陷：由于雜質(zhì)進(jìn)入晶體而產(chǎn)生的缺陷。雜質(zhì)原子又叫摻雜原子，其含量一般少于0.1%，進(jìn)入晶體后，因雜質(zhì)原子和原有原子的性質(zhì)不同，故它不僅破壞了原子有規(guī)則的排列，而且還引起了雜質(zhì)原子周圍的周期勢(shì)場(chǎng)的改變，從而形成缺陷。,3、非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷：有一些易變價(jià)的化合物，在外界條件的影響下，很容易形成空位和間隙原子，造成組成上的非化學(xué)計(jì)量化，這主要是因?yàn)樗鼈兡軌虮容^容易地通過(guò)自身的變價(jià)來(lái)平衡由組成的非化學(xué)計(jì)量化而引起的電荷不中性。這種由組成的非化學(xué)計(jì)量化造成的空位、間隙原子以及電荷轉(zhuǎn)移引起了晶體內(nèi)勢(shì)場(chǎng)的畸變，使晶體的完整性遭到破壞，也即產(chǎn)生了缺陷。（分類）,熱缺陷的類型,弗倫克爾缺陷：在晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開(kāi)平衡位置后，進(jìn)入晶格點(diǎn)的間隙位置，變成間隙原子，而在原來(lái)的位置上形成一個(gè)空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷，如圖(a)所示,肖特基缺陷:如果正常格點(diǎn)上的原子，熱起伏過(guò)程中獲得能量離開(kāi)平衡位置，跳躍到晶體的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷，如圖(b)所示。,弗倫克爾缺陷,雜質(zhì)缺陷的類型,置換雜質(zhì)原子: 是雜質(zhì)原子替代原有晶格中的原子位置，如圖(a)所示。,間隙雜質(zhì)原子：是雜質(zhì)原子進(jìn)入原有晶格的間隙位置，如圖(b)所示。,置換雜質(zhì)原子,間隙雜質(zhì)原子,缺陷表示方法,第四節(jié) 非化學(xué)計(jì)量缺陷,定義:指組成上偏離化學(xué)中的定比定律所形成的缺陷。它是由基質(zhì)晶體與介質(zhì)中的某些組分發(fā)生交換而產(chǎn)生。如Fe1xO、Zn1+xO等晶體中的缺陷。 特點(diǎn):其化學(xué)組成隨周圍氣氛的性質(zhì)及其分壓大小而變化。是一種半導(dǎo)體材料。,非化學(xué)計(jì)量化合物可分為四種類型：,陰離子缺位型,陽(yáng)離子填隙型,陰離子間隙型,陽(yáng)離子空位型,1、陰離子缺位型 TiO2x,TiO2晶體在缺O(jiān)2條件下，在晶體中會(huì)出現(xiàn)氧空位。缺氧的TiO2可以看作Ti4+和Ti3+氧化物的SS，缺陷反應(yīng)為：,色心的形成：,Ti4+e Ti3+ , 電子e并不固定在一個(gè)特定的Ti4+上，可把e看作 在 負(fù)離子空位周圍。因?yàn)?是帶正電的，在電場(chǎng)作用下e可以 遷 移，形成電子導(dǎo)電，易形成色心。(NaCl在Na蒸汽下加熱呈黃色,2、陽(yáng)離子填隙型 Zn1+xO,ZnO 在Zn蒸汽中加熱，顏色加深， 缺陷反應(yīng)為：,3、陰離子間隙型,只有UO2+x可以看作U3O8（2UO3.UO2)在UO2中的SS。 由于結(jié)構(gòu)中有間隙陰離子，為保持電中性，結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)電子空穴，反應(yīng)式為：,同樣,也不局