晶体缺陷课件.ppt

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1、第四章晶体结构缺陷一.晶体结构缺陷的类型二.点缺陷三.非化学计量化合物四.线缺陷五.面缺陷六.固溶体1缺陷的含义：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。理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。缺陷对材料性能的影响2研究缺陷的意义由于缺陷的存在，才使晶体表现出各种各样的性质，使材料加工使用过程中的各种性能得以有效的控制和改变，使材料性能的改善和复合材料的制备得以实现。因此，了解缺陷的形成及其运动规律，对材料工艺过程的控制，对材料性能的改善，对于新型材料的设计、研究与开发具有重要作

2、用。3缺陷对材料性能的影响举例材料的强化：如钢----是铁中渗碳陶瓷材料的增韧硅半导体宝石类半导体4晶体结构缺陷的类型分类方式：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等形成原因：热缺陷、杂质缺陷（固溶体）、非化学计量化合物等5一、按缺陷的几何形态分类1.点缺陷2.线缺陷3.面缺陷4.体缺陷6缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。1.类型①根据点缺陷对理想晶格偏离的几何位置分类a.空位（vacancy）没有被占据的正常结点的位置b.间隙质点（interstitialparticle）进入晶格间隙的质点c.杂质质点（f

3、oreignparticle）占据正常结点位置或间隙位置的外来质点一、点缺陷（零维缺陷）7晶体中的点缺陷空位杂质质点间隙质点8②按缺陷产生的原因分类a.热缺陷b.杂质缺陷（固溶体）c.非化学计量化合物91.热缺陷定义: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间隙质点（原子或离子）。类型:弗仑克尔缺陷（Frenkeldefect）和肖特基缺陷（Schottkydefect）热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时，热缺陷浓度增加10图2-6热缺陷产生示意图（a）弗仑克尔缺陷的形成（空位与间隙质点成对出现）（b）单质中的肖特基缺

4、陷的形成112.杂质缺陷定义:亦称为组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。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。杂质缺陷对材料性能的影响123.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交换而产生。如Fe1－xO、Zn1+xO等晶体中的缺陷。特点:其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。4.其它原因，如电荷缺陷，辐照缺陷等132.点缺陷的符号表征:Kroger-Vink（克罗格-明克）符号以MX型化合物为例：①空位（

5、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。③杂质质点（foreignparticle）杂质质点用NM表示,NM的含义是N质点占据M质点的位置。因此该缺陷又称为错放质点。14④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。在某种光、电、热的作用下，可以在晶体中运动，它们不属于某

6、一特定原子15⑤带电缺陷在NaCl晶体中，取出一个Na+离子，会在原来的位置上留下一个电子e，，写成VNa’，即代表Na+离子空位，带一个单位负电荷。同理，Cl－离子空位记为VCl·，带一个单位正电荷。即：VNa’=VNa＋e，，VCl·=VCl＋h·。16其它带电缺陷：a.CaCl2加入NaCl晶体时，若Ca2+离子位于Na+离子位置上，其缺陷符号为CaNa·，此符号含义为Ca2+离子占据Na+离子位置，带有一个单位正电荷。b.CaZr,,表示Ca2+离子占据Zr4+离子位置，此缺陷带有二个单位负电荷。其余的缺陷VM、VX、Mi、

7、Xi等都可以加上对应于原阵点位置的有效电荷来表示相应的带电缺陷。17⑥缔合中心电性相反的缺陷距离接近到一定程度时，在库仑力作用下会缔合成一组或一群，产生一个缔合中心，VM”和VX..发生缔合,记为（VM”VX..）。183、缺陷反应表示法对于杂质缺陷而言，缺陷反应方程式的一般式：19⑴写缺陷反应方程式应遵循的原则与一般的化学反应相类似，书写缺陷反应方程式时，应该遵循下列基本原则：a.位置关系b.质量平衡c.电中性3.缺陷化学反应表示法20a.位置关系：在化合物MaXb中，无论是否存在缺陷，其正负离子位置数（即格点数）的之比始终是一个

8、常数a/b，即：M的格点数/X的格点数a/b。如NaCl结构中，正负离子格点数之比为1/1，Al2O3中则为2/3。21注意：①位置关系强调形成缺陷时，基质晶体中正负离子格点数之比保持不变，并非原子个数比保持不变。②在上述各种缺陷符