沈阳建筑大学：《材料物理化学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 晶体结构缺陷

第三章晶体结构缺陷 、晶体结构缺陷的类型 点缺陷 的线缺陷 其特点是仅在 维方向上的 类型 尺寸较大,而 其特点是在三维 另外二维方向 方向上的尺寸都 上的尺寸都很 很小,缺陷的尺 小,故也称 寸处在一、两个 维缺陷,通常 原子大小的级别, 面缺陷 是指位错。 又称零维缺陷, 例如空位,间隙 原子和杂质原子 等 其特点是仅在二维方向上的尺寸较大,而另 外一维方向上的尺寸很小,故也称二维缺陷, 例如晶体表面、晶界和相界面等

第三章 晶体结构缺陷 一 、晶体结构缺陷的类型 缺陷的 类型 点缺陷 线缺陷 面缺陷 其特点是在三维 方向上的尺寸都 很小，缺陷的尺 寸处在一、两个 原子大小的级别， 又称零维缺陷， 例如空位，间隙 原子和杂质原子 等。 其特点是仅在 一维方向上的 尺寸较大，而 另外二维方向 上的尺寸都很 小，故也称一 维缺陷，通常 是指位错。 其特点是仅在二维方向上的尺寸较大，而另 外一维方向上的尺寸很小，故也称二维缺陷， 例如晶体表面、晶界和相界面等

第一节晶体结构缺陷的类型 点缺陷→间隙原子、空位、置换原子 线缺陷}→位错 面缺陷}→晶体表面、晶粒间界、相界面

第一节 晶体结构缺陷的类型 点缺陷 间隙原子、空位、置换原子 面缺陷 晶体表面、晶粒间界、相界面 线缺陷 位错

第二节点缺陷的类型 间隙原子:原子进入晶格中 几根 正常结点之间的间隙位置,成为 何据 间隙原子或称填隙原子。 型点 置对划分缺 2、空位:正常结点没有被原子或 离子所占据,成为空结点,称为空 及理 成想原则的 位。 分晶 类 3、杂质原子:外来原子进入晶格, 来格 就成为晶体中的杂质。这种杂质原 划偏 分离 子可能取代原来晶格中的原子而进 入正常结点的位置,成为置换式杂 的 质原子;也可能进入本来就没有原 子的间隙位置,成为间隙式杂质原 子。这类缺陷统称为杂质缺陷

第二节 点缺陷的类型 点 缺 陷 的 类 型 划分 原则 根 据 其 对 理 想 晶 格 偏 离 的 几 何 位 置 及 成 分 来 划 分 1、间隙原子：原子进入晶格中 正常结点之间的间隙位置，成为 间隙原子或称填隙原子。 2、空位：正常结点没有被原子或 离子所占据，成为空结点，称为空 位。 3、杂质原子：外来原子进入晶格， 就成为晶体中的杂质。这种杂质原 子可能取代原来晶格中的原子而进 入正常结点的位置，成为置换式杂 质原子；也可能进入本来就没有原 子的间隙位置，成为间隙式杂质原 子。这类缺陷统称为杂质缺陷

点缺陷的类型示意图 洲位换原子 0/00 60006

点缺陷的类型示意图

第二节点缺陷的类型 、热缺陷:在没有外来原子时,当晶体的温度 高于绝对0K时,由于晶格内原子热振动,使一 部分能量较大的原子离开正常的平衡位置,造 根据产生缺 成缺陷,这种由于原子热振动而产生的缺陷称 为热缺陷 型点 2、杂质缺陷:由于杂质进入晶体而产生的缺陷。 缺 进入晶体后,因杂质原子和原有原子的性质入 杂质原子又叫掺杂原子,其含量一般少于0.1% 陷,划分陷 同,故它不仅破坏了原子有规则的排列,而且 的原则的 还引起了杂质原子周围的周期势场的改变,从 而形成缺陷 原因来划 类 3、非化学计量结构缺陷:有一些易变价的化合 物,在外界条件的影响下,很容易形成空位和 间隙原子,造成组成上的非化学计量化,这主 要是因为它们能够比较容易地通过自身的变价 来平衡由组成的非化学计量化而引起的电荷不 分 中性。这种由组成的非化学计量化造成的空位、 间隙原子以及电荷转移引起了晶体内势场的畸 变,使晶体的完整性遭到破坏,也即产生了缺 陷。(分类)

第二节 点缺陷的类型 点 缺 陷 的 类 型 划分 原则 根 据 产 生 缺 陷 的 原 因 来 划 分 1、热缺陷：在没有外来原子时，当晶体的温度 高于绝对0K时，由于晶格内原子热振动，使一 部分能量较大的原子离开正常的平衡位置，造 成缺陷，这种由于原子热振动而产生的缺陷称 为热缺陷。 2、杂质缺陷：由于杂质进入晶体而产生的缺陷。 杂质原子又叫掺杂原子，其含量一般少于0.1%， 进入晶体后，因杂质原子和原有原子的性质不 同，故它不仅破坏了原子有规则的排列，而且 还引起了杂质原子周围的周期势场的改变，从 而形成缺陷。 3、非化学计量结构缺陷：有一些易变价的化合 物，在外界条件的影响下，很容易形成空位和 间隙原子，造成组成上的非化学计量化，这主 要是因为它们能够比较容易地通过自身的变价 来平衡由组成的非化学计量化而引起的电荷不 中性。这种由组成的非化学计量化造成的空位、 间隙原子以及电荷转移引起了晶体内势场的畸 变，使晶体的完整性遭到破坏，也即产生了缺 陷。（分类）

热缺陷的类型 弗伦克尔缺陷在晶格内原子○●○●○ 热振动时,一些能量足够大的○9 原子器升平衡位置后,进入晶○E○●○ 格点的间隙位置,变成间隙原。○。○ 子,而在原来的位置上形成 个空位,这种缺陷称为弗伦克 (a) 尔缺陷,如图(a)所示 弗伦克尔缺陷 肖特基缺陷:如果正常格点 ○● 上的原子,热起伏过程中获○●○s○ 得能量离开平衡位置,跳跃 到晶体的表面,在原正常格 点上留下空位,这种缺陷称 为肖特基缺陷,如图(b)所 (b) 肖特基缺陷

热缺陷的类型 弗伦克尔缺陷：在晶格内原子 热振动时，一些能量足够大的 原子离开平衡位置后，进入晶 格点的间隙位置，变成间隙原 子，而在原来的位置上形成一 个空位，这种缺陷称为弗伦克 尔缺陷，如图(a)所示． 肖特基缺陷:如果正常格点 上的原子，热起伏过程中获 得能量离开平衡位置，跳跃 到晶体的表面，在原正常格 点上留下空位，这种缺陷称 为肖特基缺陷，如图(b)所 示。 弗伦克尔缺陷

杂质缺陷的类型 置换杂质原子:是杂质原子替代原有晶格中的 原子位置,如图(a)所示。 间隙杂质原子:是杂质原子进入原有晶格的 间隙位置,如图(b所示。 ○●○● ● 置换杂质原子 间隙杂质原子

杂质缺陷的类型 置换杂质原子: 是杂质原子替代原有晶格中的 原子位置，如图(a)所示。 间隙杂质原子：是杂质原子进入原有晶格的 间隙位置，如图(b)所示。 置换杂质原子 间隙杂质原子

缺陷表示方法 M X M X a X X (b) M M M M c M Mx M X M v

缺陷表示方法

第四节非化学计量缺陷 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Fe1-0、 zn10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

第四节 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

非化学计量化合物可分为四种类型: 阴离子缺位型 阳离子填隙型 阴离子间隙型 阳离子空位型

非化学计量化合物可分为四种类型： 阴离子缺位型 阳离子填隙型 阴离子间隙型 阳离子空位型