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晶体热缺陷两种基本形式

2022.11.04

a-弗仑克尔缺陷,

b-肖特基缺陷

(1)弗仑克尔缺陷

具有足够大能量的原子(离子)离开平衡位置后,挤入晶格间隙中,形成间隙原子离子),在原来位置上留下空位。

特点:空位与间隙粒子成对出现,数量相等,晶体体积不发生变化。

在晶体中弗仑克尔缺陷的数目多少与晶体结构有很大关系,格点位质点要进入间隙位,间隙必须要足够大,如萤石(CaF2)型结构的物质空隙较大,易形成,而NaCl型结构不易形成。总的来说,离子晶体,共价晶体形成该缺陷困难。

(2)肖特基缺陷

表面层原子获得较大能量,离开原来格点位跑到表面外新的格点位,原来位置形成空位这样晶格深处的原子就依次填入,结果表面上的空位逐渐转移到内部去。

特点:体积增大,对离子晶体、正负离子空位成对出现,数量相等。结构致密易形成肖特基缺陷。

晶体热缺陷的存在对晶体性质及一系列物理化学过程,导电、扩散、固相反应、烧结等产生重要影响,适当提高温度,可提高缺陷浓度,有利于扩散,烧结作用,外加少量填加剂也可提高热缺陷浓度,有些过程需要最大限度避免缺陷产生, 如单晶生产,要非常快冷却。

3. 组成缺陷

主要是一种杂质缺陷,在原晶体结构中进入了杂质原子,它与固有原子性质不同,破坏了原子排列的周期性,杂质原子在晶体中占据两种位置(1)填隙位(2)格点位

4. 电荷缺陷(Charge defect)

从物理学中固体的能带理论来看,非金属固体具有价带,禁带和导带,当在OR时,导带全部完善,价带全部被电子填满,由于热能作用或其它能量传递过程,价带中电子得到一能量Eg,而被激发入导带,这时在导带中存在一个电子,在价带留一孔穴,孔穴也可以导电,这样虽末破坏原子排列的周期性,在由于孔穴和电子分别带有正负电荷,在它们附近形成一个附加电场,引起周期势场畸变,造成晶体不完整性称电荷缺陷。


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