晶体中缺陷多还是少是我们所希望的

晶体中缺陷多还是少是我们所希望的第1页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶体缺陷分为三类点缺陷1线缺陷2面缺陷3第2页，共22页，2023年，2月20日，星期五

Form各类缺陷的变现形式1【点缺陷】2【线缺陷】3【面缺陷】包括空间，间隙原子，杂质或溶质原子各种类型的位错晶界，相界，孪晶界，堆垛层错第3页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶体缺陷少时晶体缺陷多时缺陷多少的两面性晶体中缺陷增多会导致金属自由焓升高，金属中扩散过程加速，金属的化学活性增大，腐蚀速度也加快。晶体中缺陷的减少会对晶体的性能有很大的影响，特别是对那些结构敏感的性能的，如屈服强度第4页，共22页，2023年，2月20日，星期五少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。2023/4/10第5页，共22页，2023年，2月20日，星期五缺陷的多好还是少好要就具体情况而言当然，不同类型的缺陷对晶体性能的影响有所不同，缺陷的存在对材料的使用是有利还是不利也有不同的论断，一切都要看实际需要，我们要做的就是熟练掌握各种缺陷对晶体性能产生的影响，进而使缺陷成为我们优化材料的一种途径第6页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶体缺陷对物理性能的影响缺陷的存在破坏了晶体结构的完整，对其性能有严重影响。我们分别从以下几个方面进行讨论。晶体电阻缺陷与晶体电学性能1缺陷与半导体性能2位错对铁磁性的影响3第7页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶体电阻缺陷与晶体电学性能晶体电阻01点缺陷电阻02第8页，共22页，2023年，2月20日，星期五

电阻就其物理意义来说是表征电子在运动过程中它所处的状态被改变的几率。实际上位于晶体阵点上的原子(或离子实)是不断地振动着的，它与电子相互作用使电子状态发生改变，因此金属晶体有电阻，而且温度愈高电阻愈大。而由于晶体缺陷的存在使得离子偏离平衡位置，从而使晶体存在缺陷电阻。01-晶体电阻第9页，共22页，2023年，2月20日，星期五02点缺陷电阻缺陷根据其特性会从三方面影响晶体的周期场。(1)缺陷所在处的荷电量一般说来与基体离子的不同，故在缺陷附近形成了屏蔽场。(2)因杂质原子与基体原子大小不同或因空位形成而使周围原子发生位移，或因基体原子脱离点阵位置而成为间隙原子都会形成附加位一称为变型位。(3)即使替代原子与基体原子的原子价相同，原子大小相近，由于各自的原子位有差别，其附近的晶体周期场也会受到破坏。这些也都能产生相应的电阻。第10页，共22页，2023年，2月20日，星期五缺陷与半导体性能缺陷对半导体晶体能阶的影响01缺陷对载流子数目的影响02第11页，共22页，2023年，2月20日，星期五01-缺陷对半导体晶体能阶的影响 硅和锗本征半导体的晶体结构为金刚石型。每个原子与四个近邻原子共价结合。杂质原子的引入或空位的形成都改变了参与结合的共价电子数目，影响晶体的能价分布。 有时为了改善本征半导体的性能有意掺入一些三、五族元素形成掺杂半导体；而其他点缺陷如空位或除三，五族以外的别的杂质原子原则上也会形成附近能阶。位错对半导体性能影响很大，但目前只对金钢石结构的硅、锗中的位错了解得较多一点。第12页，共22页，2023年，2月20日，星期五02-缺陷对载流子数目的影响 点缺陷使能带的禁带区出现附加能阶，位错本身又会起悬浮键作用，它起着施主或受主的作用，另外位错俘获电子使载流子数目减少，所以半导体中实际载流子数目减少。第13页，共22页，2023年，2月20日，星期五位错对铁磁性的影响第14页，共22页，2023年，2月20日，星期五位错对铁磁性的影响只有过渡族元素的一部分或其部分化合物是铁磁性材料。物质的铁磁性要经过外磁场的磁化作用表现出来。能量极小原理要求磁性物质是由磁矩取向各异的磁畴构成。一般说来加工硬化降低磁场H的磁化作用，磁畴不可逆移动开始的磁场Ho(起始点的磁场强度)升高，而加工则使物质的饱和磁化强度降低。第15页，共22页，2023年，2月20日，星期五晶体缺陷在半导体材料方面的应用ZnO01掺杂硅半导体03BaTiO3半导瓷04Fe3O402第16页，共22页，2023年，2月20日，星期五Zn 过量的Zn原子可以溶解在ZnO晶体中，进入晶格的间隙位置，形成间隙型离子缺陷，同时它把两个电子松弛地束缚在其周围，对外不表现出带电性。但这两个电子是亚稳定的，很容易被激发到导带中去，成为准自由电子，使材料具有半导性。第17页，共22页，2023年，2月20日，星期五Fe3O4

Fe3O4晶体中，全部的Fe2+离子和1/2量的Fe3+离子统计地分布在由氧离子密堆所构成的八面体间隙中。因为在Fe2+—Fe3+—Fe2+—Fe3+—……之间可以迁移Fe3O4是一种本征半导体。第18页，共22页，2023年，2月20日，星期五掺杂硅半导体 常温下硅的导电性能主要由杂质决定。在硅中掺入VA族元素杂质（如P、As、Sb等）后，这些VA族杂质替代了一部分硅原子的位置，但由于它们的最外层有5个价电子，其中4个与周围硅原子形成共价键，多余的一个价电子便成了可以导电的自由电子。这样一个VA族杂质原子可以向半导体硅提供一个自由电子而本身成为带正电的离子，通常把这种杂质称为施主杂质。当硅中掺有施主杂质时，主要靠施主提供的电子导电，这种依靠电子导电的半导体被成为n型半导体。第19页，共22页，2023年，2月20日，星期五BaTiO3

半导瓷 在BaTiO3

陶瓷中，人们常常加入三价或五价杂质来取代Ba2+离子或Ti4+离子来形成n型半导瓷。例如，从离子半径角度来考虑，一般使用的五价杂质元素的离子半径是与Ti4+离子半径（0.064nm）相近的，如Nb5+=0.069nm，Sb5+=0.062nm，它们容易替代Ti4+离子；或者使用三价元素，如La3+=0.122nm，Ce3+=0.118nm，Nd3+=0.115nm，它们接近于Ba2+离子的半径（0.143nm），因而易于替代Ba2+离子。由此可知，不管使用三价元素还是五价元素掺杂，结果大都形成高价离子取代，即形成n型半导体。第20页，共22页，2023年，2月20日，星期五

国内外学者对物质性能与缺陷的关系研究得相当多，它在包括激光、光电转换等许多方面都取得了可喜的进展，并