晶体结构缺陷

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非化学计量缺陷
定义：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 中的某些组分发生变换而产生。
特点：某些化学组成随周围气氛的性质及其 分压大小而变化。是一种半导体材料。
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4.2缺陷化学反应表示法
• 1、缺陷化学：凡从理论上定性定量地把材料中的点缺陷看作化 学实物，并用化学热力学的原理来研究缺陷的产生、平衡及其浓 度等问题的一门科学，称为缺陷化学。
1. 只有空位，没有填隙原子； 2. 如果是离子晶体，阳离子空位和阴离子空位成对
出现，两者数量相等，保持电中性； 3. 需要有自由表面； 4. 伴随新表面的产生，晶体体积增加； 5. 正负离子半径相差不大时，Schottky缺陷为主；
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杂质缺陷 亦称为组成缺陷或非本征缺陷
定义：是由外来杂质的引入所产生缺陷。
力学过程有关。 • 线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 • 面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。
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4.1缺陷的类型
• 空位 • 填隙原子/离子 • 取代原子/离子
• 位错
• 晶界
点缺陷
线缺陷 面缺陷
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4.1.1. 点缺陷(Point Defect)：
任何方向尺寸都远小于晶体线度的缺陷区
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。这
与热缺陷是不同的。
杂质缺陷对材料性能的影响：由于外来杂质的影响使 材料原有性质发生改变，如在陶瓷材料及半导体材 料中，为了得到特定性能的材料，往往有意添加杂 质。提高材料的性能。
氧化锆中掺氧化钙，可提高氧化锆的热稳定性。
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4. 自由电子（electron）与电子空穴 (hole）
分别用e，和h ·来表示。其中右上标中的一撇 “，”代表一个单位负电荷，一个圆点“ ·”代 表一个单位正电荷。
• 2、克罗格-明克符号 Kroger-Vink • 在系统中，用一个主要符号来表明缺陷的种类，而用一个右下脚
标来表示这个缺陷的位置。右上角标表示有效电荷数。
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4.2 缺陷化学反应表示法
Kroger-Vink表示法: 以二元化合物MX为例 大写字母：原子；下标：位置；上标：电荷
名称
符号 名称
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感谢您的阅览
• 1、缺陷的定义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的 畸变称为晶体的结构缺陷。
• 2、理想晶体：质点严格按照空间点阵排列的晶体。 • 3、实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性的晶
体。 • 4、晶体缺陷对材料性能的影响： • 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动
体空隙; 4. 不需要自由表面； 5. 一般情况下，离子晶体中阳离子比阴离子小，即
正负离子半径相差大时，易形成Frenkel缺陷。
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Schottky缺陷
• 正常格点上的原子迁移到表面，从而在晶体内部 留下空位。
原子
表面
空位
内部
增加了表面，内部 留下空位
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Schottky缺陷特点
• 热缺陷 • 杂质缺陷 • 非化学计量结构缺陷
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热缺陷
• 也称为本征缺陷。 • 定义：当晶体的温度高于0K时，由于晶体内原子热
振动，使部分能量较大的原子离开平衡位置造成缺 陷，称为热缺陷。 • 产生原因：晶格振动和热起伏 • 两种基本类型的热缺陷
Frenkel缺陷 Schottky缺陷
符号
正常原子
MM, XX 溶质原子
Li, Si
空位
VM, VX 带电缺陷(NaCl) VNa’, VCl˙
填隙原子
Mi, Xi 自由电子
e’
错位原子
MX, XM 电子空穴
h˙
溶质原子(LS) LM, SX 缔合中心
VMVX, MiXi
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4.2缺陷化学反应表示法
4.2.1点缺陷的符号表征:Kroger-Vink符号
以MX型化合物为例： 1.空位（vacancy）用V来表示，符号中的右下标表
示缺陷所在位置，VM含义即M原子位置是空的。 2.间隙原子（interstitial）亦称为填隙原子，用Mi、
Xi来表示，其含义为M、X原子位于晶格间隙位置。
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3. 错位原子 错位原子用MX、XM等表示，MX的 含义是M原子占据X原子的位置。XM表示X原 子占据M原子的位置。
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Frenkel缺陷
• 由于晶格上原子的热振动，一部分能量较大的原 子离开正常位置，进入间隙变成填隙原子，并在 原来的位置留下一个空位。
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Frenkel缺陷特点
1. 空位、填隙原子成对出现，两者数量相等； 2. 晶体的体积不发生改变； 3. 间隙——六方、面心立方密堆中的四面体和八面
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• 取代原子：这种杂质原子取代原来晶格中的原子 而进入正常结点的位置。
• 间隙式杂质原子：杂质进入晶体中本来就没有院 子的间隙位置，生成间隙式杂质原子。
• 固溶体：杂质进入晶体可看成是一个溶解的过程， 杂质为溶质，原晶体为溶剂，这种溶解了杂质原 子的晶体称为固溶体。
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（二）按点缺陷产生的原因分类
空位 (vacancy)：
(a)无原子的阵点位置 (b)双空位
间隙原子(Self-interstitial)： (d)挤入点阵间隙的原子
肖特基缺陷 (Schottky Defect)：(c)离子对空位
弗兰克尔缺陷(Frenkel Defect)：(e)等量的正离子空位和正离子间隙
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4.1.1 点缺陷
置换杂质原子
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4.1.1.1点缺陷的类型
• （一）根据其对理想晶格偏离的几何位置及成分来 划分
• 填隙原子：原子进入晶体正常结点之间的间隙位置， 称为填隙原子或间隙原子。
• 空位：正常结点没有被原子或离子所占据成为空节 点，称为空位。
• 杂质原子：外来原子进入晶格就成为晶体中的杂质。 有取代原子；间隙式杂质原子； 固溶体。
• 空位:
distortion of planes
Vacancy
• 填隙原子:
-"extra" atoms positioned between atomic sites.
distortion of planes
selfinterstitial
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杂质原子/离子
填隙杂质原子
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