《固体物理学教案》PPT课件

《《固体物理学教案》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章晶体中的缺陷•完美晶体：所有原子或离子都排列在晶格中它们自己的位置上，没有外来的杂质；晶体的原子之比符合化学计量比。•实际晶体：与理想晶体有一些差异。或多或少地存在这样那样的缺陷。贵州大学新型光电子材料与技术研究所•晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引起晶体内能U和熵S增加。•按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，它们分别取决于缺陷的延伸范围是零维、一维、二维还是三维来近似描述。每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如点缺陷会影响晶体的电学、光学和机械性能，线缺陷会严重影响晶体的强度、

2、电性能等。贵州大学新型光电子材料与技术研究所5.1点缺陷•热缺陷•热缺陷的统计•杂质原子•色心•极化子贵州大学新型光电子材料与技术研究所•热缺陷•点缺陷__晶体周期性被破坏的程度在一个点附近1至几个原子间距范围.•热缺陷__由于晶格热运动而产生的点缺陷.包含空位、填隙原子和夫仑克尔缺陷。2）Frenkel缺陷：空位—1）空位（Schottky缺陷）填隙原子对称为Frenkel和填隙原子缺陷。贵州大学新型光电子材料与技术研究所•热缺陷的统计1)热缺陷的数目•由热力学可知，在等温过程中，当热缺陷数目达到平衡时，系统的自由能取极小值：

3、F0nTa）空位的平衡数目设：晶体中原子总数：N形成一个空位所需能量：u1晶体中空位数：n1（N>>n1）贵州大学新型光电子材料与技术研究所由于晶体中出现空位，系统自由能的改变：FUTSUnu11SklnW，W：系统可能出现的微观状态数B晶体中没有空位时，系统原有的微观状态数为W0，由于出现空位，系统的微观状态数增加W1。假设：W0和W1相互独立，有：W＝W0W1SSSklnWklnWklnW0BB0B1于是有：SklnWB1贵州大学新型光电子材料与技术研究所在N+n1个原子位

4、置中出现n1个空位，其微观状态数为：nNn1!WC11Nn1N!n!1Nn1!FnukTlnWnukTln11B111BN!n!1达到平衡时：F0n1d利用Stirling公式，当x很大时，有：lnx!lnxdxFu1kBTlnNn1lnn10n1贵州大学新型光电子材料与技术研究所nu11expNnkT1BuNnnNexp111kTBb）间隙原子的平衡数目晶体中间隙原子位置的总数：N’形成一个间隙原子所需能量

5、：u2平衡时晶体中的间隙原子数：n2（设n2<

6、E1E1exp110kTBE1：空位运动所需越过的势垒1：空位越过势垒向邻近位置运动的频率.10：空位试图越过势垒的频率（原子振动频率）.E11：空位每跳一步需等待的时间.或110expkTB10＝1/10：原子的振动周期.贵州大学新型光电子材料与技术研究所b)间隙原子的运动E2exp220kTBE2：间隙原子运动所需克服的势垒.20：间隙原子试图越过势垒的频率（间隙原子振动频率）.E2exp220kTB2：间隙原子每跳一步所需等待的时间.

7、20：间隙原子的振动周期.贵州大学新型光电子材料与技术研究所•杂质原子•当晶体中的杂质以原子状态在晶体中存在时,也会引起晶格周期性的破坏,形成点缺陷，称为杂质原子.•替位式杂质（代位式杂质）.K＋Cl－K＋Cl－K＋•填隙式杂质.Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－CKa＋2＋Cl－K＋•缺位式杂质.Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－K＋Cl－贵州大学新型光电子材料与技术研究所•色心•色心是一种非化学计量比引起的空位缺陷。该空位能够吸收可见光使原来透明的晶体出现颜色，因而称它们为色心,最简单的色

8、心是F心。•如将NaCl晶体放在Na金属蒸气中加热，再骤冷至室温，就可在NaCl晶体中产生色心Cl－Na＋Cl－Na＋Cl－Na＋-eNa＋Cl－Na＋Na＋Cl－Cl－Na＋Cl－Na＋Cl－Na＋Na＋Na＋Cl－Cl－Na＋Cl－Cl－Na＋Cl－Na＋C