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文档简介

第四节

离子晶体的点缺陷及导电性本节主要内容：7.4.1离子晶体的点缺陷7.4.2离子晶体的导电性§7.4离子晶体的点缺陷及导电性7.4.1离子晶体的点缺陷本节我们讨论热缺陷在外力作用下的运动。对于离子晶体而言，离子导电性就是由于热缺陷在外电场作用下的运动引起的。在此，我们只讨论典型的a+b-离子晶体，如图所示。正空格点离子晶体中的缺陷正填隙离子负空格点+++++++++++++------------负填隙离子晶体中有四种缺陷，a+填隙离子，a+空位，b-填隙离子和b-空位。由于整个晶体是保持电中性的，因此，对于其中的肖特基缺陷，正负离子空位的数目是相同的；对弗仑克尔缺陷则含有相同数目的正、负离子空位和正、负填隙离子。正空格点离子晶体中的缺陷正填隙离子负空格点+++++++++++++------------负填隙离子7.4.2离子晶体的导电性a(a)e2(b)(a)填隙离子沿虚线运动；(b)无外场；(c)有外电场ε。在没有外电场时，这些缺陷作无规则的布朗运动，不产生宏观的电流。当有外电场存在时，这些缺陷除作布朗运动外，还有一个定向的漂移运动，从而产生宏观电流。正负电荷漂移的方向是相反的但是由于电荷异号，正负电荷形成的电流都是同方向的。(c)

假设分别代表i种热缺陷的浓度和漂移速度，则四种缺陷总的电流密度为：假定各热缺陷的运动是独立的，我们先考虑一个a+填隙离子在外电场作用下的运动情况。当没有外力存在时，填隙离子沿图（a）中虚线运动，它在各个位置上的势能是对称的，填隙离子越过势垒向左或向右运动的概率是一样的。即运动是布朗运动。填隙离子向左、右两边跳跃的概率分别为：当沿x方向加电场ε时，一个正的填隙离子将在原来的离子势能上叠加电势能，势能曲线变成图(c)所示的情况，这时势能不再是对称的。填隙离子左端的势垒增高了，填隙离子右端的势垒却降低了，每秒向左或向右跳动的概率，实际上也可以认为是每秒向左或向右跳动的步数，因此每秒向右的净步数为：于是向右漂移的速度为一般情况下，电场不很强，上式可化为式中称为离子迁移率，它与扩散系数d的关系为上式实际上是一个普通的关系式，不仅限于离子晶体的导电性，这个关系称为爱因斯坦关系。填隙离子的定向漂移产生的电流密度则表示为

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