晶体结构缺陷-类型-面缺陷-固溶体-5.ppt

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1、3.1晶体结构缺陷的类型3.2点缺陷3.3线缺陷3.4面缺陷3.5固溶体3.6非化学计量化合物3晶体结构缺陷3.1晶体结构缺陷的类型3.1.1按缺陷的几何形态分类缺陷按几何形态可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷。3.1.1按缺陷的几何形态分类（1）点缺陷根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分来划分A、空位（Vacancy）：是指正常结构点没有被质点占据，成为空结点，即空位；B、间隙质点或填隙原子（InterstitialParticle）：指质点进入正常晶格的间隙位置，成为间隙质点；C、杂质原子（ForeignParticle）：指外来

2、质点进入正常结点位置或晶格间隙，形成杂质缺陷。3.1晶体结构缺陷的类型点缺陷是晶体中最为重要的一类，它与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程有关。空位双空位成对的离子空位间隙原子位移原子（2）线缺陷线缺陷也称为一维缺陷，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷。如各种位错（Dislocation），它的产生和运动与材料的一些力学性能有关，如韧性或脆性。（3）面缺陷又称为二维缺陷，二维方向偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷。如晶界、表面、堆积层错等（4）体缺陷又称为三维缺陷，指在局部的三维空间偏

3、离理想晶体的周期性、规则性排列而产生的缺陷。如第二相粒子团、空位团等。它与物系的分相、偏聚等过程有关。（1）热缺陷-本征缺陷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（和）间隙质点（原子或离子）。缺陷的产生和复合始终处于一种动态平衡，与化学反应类似。热缺陷包括弗仑克尔缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）3.1.2按缺陷产生的原因分类主要有热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、电荷缺陷和辐照缺陷等。热缺陷的浓度与温度有关，温度升高，热缺陷浓度增加。特征是空位和间隙质点成对出现。注：在离子晶

4、体中，正负离子空位成比例出现，同时伴随有体积的增加。（a）弗仑克尔缺陷的形成（b）单质中的肖特基缺陷的形成图2-6热缺陷产生示意图（2）杂质缺陷杂质缺陷亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。其特征是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。如半导体材料就是利用掺杂效应制得的。如红宝石激光器：α－Al2O3中掺入Cr2O3，微量物质的存在，会改变基质晶体的物理性质。（3）非化学计量缺陷非化学计量缺陷是指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些发生交换而产生的。特点：组成明显地随

5、着周围气氛的性质和压力的大小的变化而变化。这种缺陷是生成N型和P型半导体的重要基础。如：TiO2在还原气氛下，形成TiO2-x（x＝0-1），这是一种N型半导体。Zn1-xO，P型。(4)电荷缺陷质点排列的周期性未受到破坏，但因电子或空穴的形成使晶体的势场发生畸变而产生的缺陷。如：非金属晶体在接近0K时，价带中电子满排，导带全空，当价带电子获足够能量时跃过禁带入导带，则导带中的电子、价带中的空穴使晶体的势场畸变，从而产生电荷缺陷。（5）辐照缺陷辐照缺陷是指材料在辐照之下所产生的结构的不完整性。产生色心（Colorcenter）、位错环等

6、。辐照对金属、非金属、高分子材料的操作效应是不同的。如中子辐照-导致金属产生间隙原子和空位。3.2点缺陷3.2.1点缺陷的符号表征－Kroger-Vink符号(1)空位空位（Vacancy）用V来表示，则VM、VX分别表示M原子和X原子空位。符号中的右下标表示缺陷所在位置，VM、VX分别表示M或X位置是空的。(2)间隙原子间隙（interstitial）原子用Mi、Xi表示M或X原子处于间隙位置。(3)错位原子错位原子用MX、XM等表示，MX表示M原子占据X的位置。(4)自由电子和电子空穴在典型离子晶体中，电子（electron）或电子

7、空穴（hole）是属于特定的离子，可以用离子价来表示。但在有些情况下，有的电子或空穴可能并不属于某一特定的离子，在外界的光、电、热作用下，可以在晶体中运动，这样的电子与孔空称为自由电子和电子孔空，分别用e’和h表示。其中右上标分别表示一个单位的负电荷和一个单位正电荷。(5)带电缺陷如：在NaCl晶体:取出一个Na+，则可以把它写成　　　，此符号代表Na＋空位。即：其它的带电缺陷可以用类似方法表示，如：(6)缔合中心电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会合成一组或一群，产生一个缔合中心。通常把了发生缔合的缺陷写在圆括号内来

8、表示缔合中心。如：（VNa’VCl·）3.2.2缺陷反应表示法杂质基质产生的各种缺陷缺陷反应方程式应的原则：(1)位置关系在化合物（离子晶体MaXb）中，无论是否存在缺陷，其正负离子位置数（即格点数）的之比