第四章 晶体中的快陷与扩牧 晶体缺陷的基本类型 热缺陷的统计理论 晶体中的扩散 离子晶体的点缺陷及导电性
第四章 晶体中的缺陷与扩散 ❖晶体缺陷的基本类型 ❖热缺陷的统计理论 ❖晶体中的扩散 ❖离子晶体的点缺陷及导电性
第一节 晶体快陷的基本类型 本节主要内容 4.1.1点缺陷 4.1.2线缺陷 4.1.3面缺陷
第 一 节 晶体缺陷的基本类型 4.1.1 点缺陷 4.1.2 线缺陷 4.1.3 面缺陷 本节主要内容：
晶体缺陷（晶格的不完整性)：晶体中任何对完整周期性 结构的偏离就是晶体的缺陷。 结构缺陷： 没有杂质的具有理想的化学配比 的晶体中的缺陷，如空位，填隙 晶体的缺陷 原子，位错。 化学缺陷： 由于掺入杂质或同位素，或者化学 配比偏离理想情况的化合物晶体中 的缺陷，如杂质，色心等
晶体的缺陷 化学缺陷： 没有杂质的具有理想的化学配比 的晶体中的缺陷，如空位，填隙 原子，位错。 由于掺入杂质或同位素，或者化学 配比偏离理想情况的化合物晶体中 的缺陷，如杂质，色心等。 结构缺陷： 晶体缺陷（晶格的不完整性）：晶体中任何对完整周期性 结构的偏离就是晶体的缺陷
§4.1晶体缺陷的基本类型 缺陷分类（按缺陷的几何形状和涉及的范围)： 点缺陷、线缺陷、面缺陷 4.1.1点缺陷 点缺陷：它是在格点附近一个或几个晶格常量范围内的一 种晶格缺陷，如空位、填隙原子、杂质等。 由于空位和填隙原子与温度有直接的关系，或者说与原子 的热振动有关，因此称他们为热缺陷。 弗仑克尔缺陷 常见的热缺陷 肖特基缺陷
点缺陷：它是在格点附近一个或几个晶格常量范围内的一 种晶格缺陷，如空位、填隙原子、杂质等。 由于空位和填隙原子与温度有直接的关系，或者说与原子 的热振动有关，因此称他们为热缺陷。 常见的热缺陷 弗仑克尔缺陷 缺陷分类（按缺陷的几何形状和涉及的范围）： 点缺陷、线缺陷、面缺陷 4.1.1 点缺陷 §4.1 晶体缺陷的基本类型 肖特基缺陷
1.弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷 弗仑克尔缺陷 当晶格中的原子脱离格点后，移到间隙位置形成填隙原 子时，在原来的格点位置处产生一个空位，填隙原子和空位成 对出现，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷
１．弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷 当晶格中的原子脱离格点后，移到间隙位置形成填隙原 子时，在原来的格点位置处产生一个空位，填隙原子和空位成 对出现，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷。 弗仑克尔缺陷
肖特基缺陷 当晶体中的原子脱离格点位置后不在晶体内部形成填隙原 子，而是占据晶体表面的一个正常位置，并在原来的格点位置 产生一个空位，这种缺陷称为肖特基缺陷
当晶体中的原子脱离格点位置后不在晶体内部形成填隙原 子，而是占据晶体表面的一个正常位置，并在原来的格点位置 产生一个空位，这种缺陷称为肖特基缺陷。 肖特基缺陷
构成填隙原子的缺陷时，必须使原子挤入晶格的间隙位 置，所需的能量要比造成空位的能量大些，所以对于大多数的 情形，特别是在温度不太高时，肖特基缺陷存在的可能性大于 弗仑克尔缺陷。 2.杂质原子 在材料制备中，有控制地在晶体中引入杂质原子，若杂质 原子取代基质原子而占据格点位置，则成为替代式杂质。 当外来的杂质原子比晶体本身的原子小时，这些比较小的 外来原子很可能存在于间隙位置，称它们为填隙式杂质。填隙 式杂质的引入往往使晶体的晶格常量增大
构成填隙原子的缺陷时，必须使原子挤入晶格的间隙位 置，所需的能量要比造成空位的能量大些，所以对于大多数的 情形，特别是在温度不太高时，肖特基缺陷存在的可能性大于 弗仑克尔缺陷。 ２．杂质原子 在材料制备中，有控制地在晶体中引入杂质原子，若杂质 原子取代基质原子而占据格点位置，则成为替代式杂质。 当外来的杂质原子比晶体本身的原子小时，这些比较小的 外来原子很可能存在于间隙位置，称它们为填隙式杂质。填隙 式杂质的引入往往使晶体的晶格常量增大
3.色心 能吸收可见光的晶体缺陷称为色心。 完善的晶体是无色透明的，众多的色心缺陷能使晶体呈 现一定颜色，典型的色心是F心。 把碱卤晶体在碱金属的蒸气中加热，然后使之聚冷到室温， 则原来透明的晶体就出现了颜色，这个过程称为增色过程，这 些晶体在可见光区各有一个吸收带称为F带，而把产生这个带 的吸收中心叫做F心。 4.极化子 电子吸引邻近的正离子，使之内移。排斥邻近的负离子， 使之外移，从而产生极化
３．色心 能吸收可见光的晶体缺陷称为色心。 完善的晶体是无色透明的，众多的色心缺陷能使晶体呈 现一定颜色，典型的色心是Ｆ心。 把碱卤晶体在碱金属的蒸气中加热，然后使之聚冷到室温, 则原来透明的晶体就出现了颜色，这个过程称为增色过程，这 些晶体在可见光区各有一个吸收带称为F带，而把产生这个带 的吸收中心叫做F心。 ４．极化子 电子吸引邻近的正离子，使之内移。排斥邻近的负离子， 使之外移，从而产生极化
十 一 电子所在处出现了趋于 束缚这电子的势能阱，这种束 缚作用称为电子的“自陷”作 + 一 一 + 用。 十一 十 负离子空位和被它俘获的电子 产生的电子束缚态称为自陷态，同杂质所引进的局部能 态有区别，自陷态永远追随着电子从晶格中一处移到另一处， 这样一个携带着周围的晶格畸变而运动的电子，可看作一个准 粒子（电子十晶格的畸变），称为极化子
－ ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － 负离子空位和被它俘获的电子 电子所在处出现了趋于 束缚这电子的势能阱，这种束 缚作用称为电子的“自陷”作 用。 产生的电子束缚态称为自陷态，同杂质所引进的局部能 态有区别，自陷态永远追随着电子从晶格中一处移到另一处， 这样一个携带着周围的晶格畸变而运动的电子，可看作一个准 粒子(电子＋晶格的畸变），称为极化子
7.1.2线缺陷 当晶格周期性的破坏是发生在晶体内部一条线的周围近邻， 这就称为线缺陷。位错就是线缺陷。 G 刃型位错 位错 螺旋位错 1.刃型位错 刃型位错 设想晶体的上部沿ABEF平面向右推移，A'B'原来与AB 重合，经过这样的推压后，相对于AB滑移一个原子间距b,EF 是已滑移区与未滑移区的交界线，称为位错线。 刃型位错的位错线与滑移方向垂直
7.1.2 线缺陷 当晶格周期性的破坏是发生在晶体内部一条线的周围近邻， 这就称为线缺陷。位错就是线缺陷。 1.刃型位错 刃型位错的位错线与滑移方向垂直。 设想晶体的上部沿ABEF平面向右推移， 原来与AB 重合，经过这样的推压后，相对于AB滑移一个原子间距b，EF 是已滑移区与未滑移区的交界线，称为位错线。 AB A B G H E A F B b 刃型位错 刃型位错 螺旋位错