文档介绍：Chapter 3 Crystal Structure Defect
晶体结构缺陷的类型
点缺陷(point defect)
固溶体(solid solution)
非化学计量化合物
(pound)
线缺陷(line defect)
面缺陷(face defect)
非化学计量化合物:实际化合物中负离子与正离子的比例不符合定比或倍比定律的化合物。
特点:
1)产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关;
2)可看作是本身高低氧化态之间的固溶体;
非化学计量化合物
3)缺陷浓度与温度有关;
4)都是半导体。
两大类半导体材料:
掺杂半导体:如Si、Ge中掺杂B、P,Si中掺P为n型
半导体;
非化学计量化合物半导体
金属离子过剩(n型):负离子缺位和间隙正离子
负离子过剩(p型):正离子缺位和间隙负离子
一、由于负离子缺位,使金属离子过剩
如TiO2-x, ZrO2-x,产生原因是环境中缺氧,晶格中的氧逸出到大气中,使晶体中出现了氧空位。
缺陷反应方程式应如下:
又∵ TiTi+e'= Ti'Ti
等价于
根据质量作用定律,平衡时,[e']=2[ ] :
1)∴TiO2的非化学计量对氧压力敏感,在还原气氛中才能形成TiO2-x。烧结时,氧分压不足会导致升高,得到灰黑色的TiO2-x,而不是金黄色的TiO2。
2) , 电导率随氧分压升高而降低。
3)若PO2不变,则
∴电导率随温度的升高而呈指数规律增加,反映了缺陷浓度与温度的关系。
图3-4-1 TiO2-x结构缺陷示意图(I)
为什么TiO2-x是一种n型半导体?
TiO2-x结构缺陷
在氧空位上捕获两个电子,成为F-色心。色心上的电子能吸收一定波长的光,使氧化钛从黄色变成蓝色直至灰黑色。
色心、色心的产生及恢复
“色心”——由于电子补偿而引起的一种缺陷。
F-色心:负离子空位+电子
X、γ、中子或电子射线辐照某些晶体会产生颜色。
原因:由于辐照破坏晶格,产生了各类点缺陷。为在缺陷区域保持电中性,过剩电子或电子空穴处于缺陷位置上。点缺陷上的电荷具有一系列分离的允许能级,相当于在可见光谱区域的光子能级,能吸收一定波长的光,使材料呈现某种颜色。
把经辐照而变色的晶体加热,能使缺陷扩散掉,使辐照破坏得到修复,晶体失去颜色。
二、由于间隙正离子,使金属离子过剩
如 Zn1+xO、Cdl+xO,过剩金属离子进入间隙位置,带正电;为了保持电中性,等价电子被束缚在间隙位置金属离子周围,也形成一种色心(间隙正离子+电子)。ZnO在锌蒸汽中加热,颜色会逐渐加深,就是形成这种缺陷的缘故。
由于间隙正离子,使金属离子过剩型结构(II)
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