色心晶体的合成

外来原子进入晶格，就成为晶体中的杂质。这种杂 质原子可能取代原来晶格中的原子而进入正常结点的位百度文库置，成为置换式杂质原子；也可能进入本来就没有原子 的间隙位置，成为间隙式杂质原子。这类缺陷统称为杂 质缺陷。
置换杂质原子
间隙杂质原子
二、色心的由来
早在十九世纪，人们就发现有些本来无色透明的天然矿 石有时会变得有颜色。到20世纪二十年代，德国哥廷根大 学的波尔(Pohl)对于碱卤晶体的光学性质进行了系统的研 究，发现碱卤晶体在碱金属蒸汽中加热后骤冷到室温，就 会有颜色。波尔对这些赋色晶体进行吸收光谱的测定，发 现在可见光区都有一个钟形的吸收带，他认为晶体赋色的
用附加着色法使晶体赋色，当晶体处于高温状态时，其F 聚集心(简称聚心)是不稳定的，主要为F和F+心。在高温离子 蒸气中赋色的晶体，其冷却方式不同，将在晶体中获得一些 不同类型的色心。
肖特基缺陷 (Schottky缺陷)
晶体典型点缺陷
热缺陷 弗仑克尔缺陷 (Frenkel缺陷)
杂质缺陷
肖特基缺陷
肖特基缺陷是由于晶体表面附近的原子热运动到表面，在原 来的原子位置留出空位，然后内部邻近的原子再进入这个空位， 这样逐步进行而行成的，看来就好像是晶体内部原子跑到晶体 表面来了，这种缺陷称为肖特基缺陷。
㈠由于热力学原因，原子会离开它自身原本应在的格点； ㈡由于堆垛的原因，不同的原子错占对方原子的位置； ㈢化学过程引入杂质原子。 这些不完美性都称作晶体中的缺陷（Defects）。这种晶 体称作缺陷晶体（Crystals with defects）。
晶
体
中
晶
体
缺
中 的
陷
缺 陷
的
分
类
电子缺陷
零维缺陷 （点缺陷）
NaCl Na

KCl
K

LiF
Li

骤冷 黄色 骤冷 紫色 骤冷 粉红色
原因是由于在晶体中产生晶格缺陷造成的，并首次提出“ 颜色中心”这个词来命名这些缺陷，从此，色心一词就沿 用下来。而且，因为颜色中心的德文是Farbe-Zentrum， 所以又称F心。这些晶体的吸收谱在可见光区出现的吸收 带，通常称F带。F心是研究的最早、最多、最深入的色 心，是一种最基本的色心，是许多色心的原型，是认识各 种色心的基础。
一个多余的电子。 和一个被它束缚的电子所组成的体系。
同时，由于晶体中碱金属的成分过
多而F心破电坏子原从来负成离分子的空比位例向，外将弥会散出，现与负
近离邻子的空碱位金。属离子交迭，使F心呈弱正电 性。
F+心
F2+心
两个相邻的 F 心构成 一个 M 心
三个相邻的 F 心构成 一个 R 心
（这是 NaCl 结构中 [111] 面上的一 组三个负离子空位 + 三个电子）
H心
3、杂质色心
四、色心晶体的合成
1、附加着色法
附加着色法：将晶体置于适量浓度的离子蒸汽中加热，通 过离子的扩散效应，在晶体中形成逾量的离子，并改变晶体 原来的化学计量比。
可以在一种碱金属蒸气中加热一种碱金属卤化物来制备 F心。
例：在钾蒸气中加热KCl。
为了获得均匀、浓度适当的F心，控制好扩散温度、时 间和钾的投入量是十分重要的。
色心的定义： 离子晶体中的点缺陷可以引起可见光的吸收，使原来
透明的晶体出现颜色，这类能吸收可见光的点缺陷通常称 为色心(Colour centre)。
三、色心的分类
1、俘获电子型色心
(1)基本原型色心 F心：电子被阴离子空位俘获形成F心 F—心：F心再俘获一个电子组成 F+心：F心失去一个电子组成
Na+
Na+
Na+
FA 心
F 心六个最近邻离子中 的某一个若为另一个不同的 碱金属离子所取代，就成为 FA 心
FB 心
F 心近邻的两个碱金属 离子被碱金属杂质所取代， 就成为 FB 心
2、俘获空穴型色心
(1)自陷空穴型色心 VK心:两个沿(110)相邻的卤素离子X—共有一个自陷空穴，构 成一个卤素分子离子X2—，称为VK心。 VK心是俘获空穴型色心 的基元，是研究其他俘获空穴型色心的基础。
(2)聚集F心 M心(即F2心)：由两个F心聚集形成 R心(即F3心)：由三个F心聚集形成 N心(即F4心)：由四个F心聚集形成
以及由F心和F2心演变而成的FA、FB心以及F2+心 等。
F心的物理机制及实质
Cl_
Na+
Cl_
Na+
Cl_
Na+ Cl_
Na+
Cl_
Na+
Cl_
Na+
Cl_
Na+
Cl_
一维缺陷 （线缺陷）
二维缺陷 （面缺陷）
三维缺陷 （体缺陷）
价带空穴 导带电子 本征点缺陷
杂质点缺陷 位错处杂原子
位错 堆垛错位 小角晶粒间界
孪晶界 错位缺陷 包藏杂质
空洞 沉淀
错位缺陷 空位缺陷 间隙缺陷 替代缺陷
刃位错 螺位错 混合位错
点缺陷：在一个或几个原子的微观区域内，原子的排 列偏离理想周期结构而形成空位、填隙原子、 杂质原子 等的缺陷。
当一个空穴被一对负离 子所俘获时就形成一个VK心， 它与一个负的卤族分子离子 相类同，在晶体KCl中是Cl2-。 VK心不包含晶格空位或额外 原子。
(2)填隙卤素原子色心 H心：晶体受辐照产生F心时，若跃出格位的卤素原
子X0在填隙位与一个格位卤素离子X—结合成占据一个格 位的X2—,它将与(110)连线两侧的二个X—结合成大分子离 子X43—，并称为H心。H 心与 F 心为一对互补色心。
Na+ Cl_
Na+ Cl_
Na+
Cl_
Na+ Cl_
Na+
Cl_
F心
碱负卤离晶子体空在位碱是金一属个蒸带汽正中电加的热缺又陷冷，
将却吸过引程多中余，的气电态子金，属以原保子持在电晶中体性上，凝形聚，
成金F属心原。子占据正常金属离子的格点位置，
此时金属F心原的子实要质变就为是金一属个离负子离，子会空放位出
色心晶体
汇报人：石文杰
目录
一、晶体中的缺陷 二、色心的由来 三、色心的分类 四、色心晶体的合成 五、色心晶体的检测及应用
一、晶体中的缺陷
完美晶体（Perfact Crystals）：晶体中原子有序排列在 三维空间无限延伸并且具有严格的周期性循环。由于以下原 因，实际晶体的结构往往偏离完美晶体的结构：
弗仑克尔缺陷
晶体结构中由于原先占据一个格点的原子（或离子）离开 格点位置，成为间隙原子（或离子），并在其原先占据的格点 处留下一个空位，这样的空位-间隙对就称为弗仑克尔缺陷。
肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷两者的区别 肖特基缺陷：只在晶体内形成空位而无间隙原子。 弗伦克尔缺陷：间隙原子和空位是成对出现的。