晶体缺陷ppt课件

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Schottky缺陷的产生
上
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晶体中的Schottky缺陷(空位） 晶体中的Frenkel缺陷(位错）
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2 . 杂质缺陷 概念——杂质原子进入晶体而产生的缺陷。原
子进入晶体的数量一般小于0.1%。 种类——间隙杂质
置换杂质 特点——杂质缺陷的浓度与温度无关，
只决定于溶解度。 存在的原因——本身存在
固 溶
质原子。
体
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B、 根据产生缺陷的原因分 热缺陷 杂 质 缺陷 非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）
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1. 热缺陷：当晶体的温度高于绝对0K时，由于晶格内原子热运 动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的 缺陷。
（1）弗林克尔倾斜- Frankel缺陷
特点 —— 空位和间隙成对产生 ；晶体密度不变。
第四章 晶体结构缺陷
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第四章 晶体结构缺陷
第一节 前言 第二节 点缺陷 第三节 线缺陷-位错 第四节 面缺陷与体缺陷
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4.1 概 述
1、缺陷产生的原因——热震动 杂质
2、 缺陷定义—— 实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏 离或不完美性， 把两种结构发生偏离的区 域叫缺陷。
3、 缺陷分类——点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷 4、 研究缺陷的意义—— （1） 晶体缺陷是材料结构敏感性的物理根源。 （2）晶体缺陷是材料导电、半导体、发色（色心）、发光、
(2) 位置增殖 形成Schttky缺陷时增加了位置数目。 能引起位置增殖的缺陷：空位(VM)、错位(VX)、 置换杂质原子( MX 、XM)、表面位置(XM)等。 不发生位置增殖的缺陷：e′ , h·, Mi , Xi , Li等。 当表面原子迁移到内部与空位复合时，则减少 了位置数目（MM 、XX）。
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（6）带电缺陷
不同价离子之间取代出现离子空位以外的又一种带电
缺陷。
如Ca2+取代Na+——Ca
· Na
Ca2+取代Zr4+——Ca″Zr
(7) 缔合中心在晶体中除了单个缺陷外，有可能出现邻
近两个缺陷互相缔合，把发生 缔合的缺陷用小括号表
示，也称复合缺陷。 通常是一个带电缺陷与另一个有相反符号的点缺
非化学计量缺陷
电荷缺陷
周期排列不变
价带产生空穴 导带存在电子
附加 电场
周期势场畸变
产生电荷缺陷
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二、缺陷化学反应表示法 1. 常用缺陷表示方法
Az b
用一个主要符号表明缺陷的种类 用一个下标表示缺陷位置 用一个上标表示缺陷的有效电荷
如“ . ”表示有效正电荷; “ / ”表示有效负电荷;
“×”表示有效零电荷。
处的平衡位置，XM 类似。 （4）溶质原子（杂质原子）：
LM 表示溶质L占据了M的位置。如：CaNa SX 表示S溶质占据了X位置。
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（5）自由电子及电子空穴：某些电子不处于特定位置上， 称为自由电子，写作 e′；同样，某些缺陷上缺少电子，这 就是电子空穴，用h·
有些情况下，价电子并不一定属于某个特定位置的原 子，在光、电、热的作用下可以在晶体中运动，原固 定位置称次自由电子（符号e′）。同样可以出现缺少电 子，而出现电子空穴（符号h·),它也不属于某个特定的 原子位置。
有目的加入(改善晶体的某种性能)
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杂质缺陷与信息材料
（1）P型半导体：单晶硅中掺入B、Ga等
（2）N型半导体：单晶硅中掺入As、P、Sb等
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3. 非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）
存在于非化学计量化合物中的结构缺陷，化合物化学 组成与周围环境气氛有关；不同种类的离子或原子数之比
不能用简单整数表示。如：TiO2x;
VNa
写作 VNa e VNa
同样，如果取出一个Cl－ ,即相当于取走一个Cl原子 加一个e，那么氯空位上就留下一个电子空穴(h. )即
VCerstitial, 用下标“i”表示 Mi 表示M原子进入间隙位置； Xi 表示X原子进入间隙位置。
（3）错位原子（错放位置）： MX 表示M原子占据了应是X原子正常所
用MX离子晶体为例（ M2＋ ；X2－ ）：
（1）空位：Vacancy
VM 表示M原子占有的位置，在M原子移走后出现的空
位；VX 表示X原子占有的位置，在X原子移走后出现
的空位。
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把离子化合物看作完全由离子构成（这里不
考虑化学键性质），则在 NaCl晶体中，如果取走 一个Na+ 晶格中多了一个e, 因此VNa 必然和这个 e/相联系，形成带电的空位——
陷缔合。因为在离子晶体中带相反电荷的点缺陷之间， 存在一种有利于缔合的库仑引力。
如：在NaCl晶体中，
VN a VC•l (VN aVC•l )
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2. 书写点缺陷反应式的规则 （1）位置关系： 在化合物MaXb中M位置数和X的
位置数目成一个正确的比例，即保持a:b。 对于计量化合物（如NaCl、Al2O3），在缺陷反
例 : 纤锌矿结构 ZnZn Zni•• VZn
能量
ZnO晶体，Zn2+
可以离开原位进
入间隙，
u 间隙位置
此间隙为结 E
构中的另一半
“四孔”和“八 孔”位置。
平衡位置
从能量角度分析：
位6置
Frankel缺陷的产生
上
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（2） 肖特基缺陷- Schttky缺陷
下
特点—— 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
应式中作为溶剂的晶体所提供的位置比例应保持不 变，但每类位置总数可以改变。 例：
CaCl2 (s) KClCaK• VK 2ClCl
K : Cl = 2 : 2
对于非化学计量化合物，当存在气氛不同时，原子之间
的比例是改变的。
例：TiO2 由 1 : 2 变成 1 : 2－x (TiO2－x ) 19
NaCl VNa VC•l
形成——正常格点的原子由于热运动跃迁到晶体表面， 在晶体内正常格点留下空位。
从形成缺陷的能量来分析——
Schttky缺陷形成的能量小于Frankel 缺陷形成的能量 因此对于大多数晶体来说，Schttky 缺陷是主要的。
热缺陷浓度表示 ：
n exp( －E )
N
2KT
3
扩散、烧结、固相反应等的机制。
4.2 点缺陷
一、类型
A 、根据对理想晶体偏离的几何位置来分：有三类
空位
正常结点位置没有被质点占据，称为空位。
填 隙 原 子 质点进入间隙位置成为填隙原子。
杂质原子
杂质原子进入晶格（结晶过程中混入或加 入，一般不大于1％，）。
间隙位置—间隙杂质原子
进入 正常结点—取代（置换）杂