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正如人有缺點一樣!晶體都是有缺陷的。
2020年12月10日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:348
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猶如人都是有缺點的,真實晶體都是有缺陷的。女神維納斯因為她的“無臂”之美而廣為人知,當本該完美的晶體有了缺陷,它對材料會產生什么樣的影響呢?

在實際晶體中,總是或多或少的存在偏離理想結構的地區,即晶體缺陷。晶體的許多性質往往令人驚訝的并不決定于原子在晶體結構中的規則者,而是取決于結構中不規則的晶體缺陷部分。因此探索其間的規律,并合理可控的利用它便顯得極為重要了。

晶體

據說,藍寶石晶體因缺陷而多彩

一、晶體缺陷類型

1、按缺陷的幾何形態分類可分為四類:點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷。固體材料中最基本和最重要的晶體缺陷是點缺陷,包括本征缺陷和雜質缺陷等。

點缺陷(零維缺陷):缺陷尺寸處于原子大小的數量級上,即三維方向上缺陷的尺寸都很小。包括:空位(vacancy)、間隙原子(interstitialparticle)、異類原子(foreignparticle)。點缺陷與材料的電學性質、光學性質、材料的高溫動力學過程等有關。

線缺陷(一維缺陷):指在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生的缺陷,即缺陷尺寸在一維方向較長,另外二維方向上很短。線缺陷的產生及運動與材料的韌性、脆性密切相關。

面缺陷:面缺陷又稱為二維缺陷,是指在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列而產生的缺陷,即缺陷尺寸在二維方向上延伸,在第三維方向上很小。如晶界、相界、表面、堆積層錯、鑲嵌結構等。面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關。

2、按缺陷產生的原因分類:熱缺陷、雜質缺陷、非化學計量缺陷、其它原因(如電荷缺陷,輻照缺陷等)。

熱缺陷熱缺陷亦稱為本征缺陷,是指由熱起伏的原因所產生的空位或間隙質點(原子或離子)。類型:弗侖克爾缺陷(Frenkeldefect)和肖脫基缺陷(Schottkydefect)。熱缺陷濃度與溫度的關系:溫度升高時,熱缺陷濃度增加。

雜質缺陷:亦稱為組成缺陷,是由外加雜質的引入所產生的缺陷。特征:如果雜質的含量在固溶體的溶解度范圍內,則雜質缺陷的濃度與溫度無關。

非化學計量缺陷:指組成上偏離化學中的定比定律所形成的缺陷。它是由基質晶體與介質中的某些組分發生交換而產生。特點:其化學組成隨周圍氣氛的性質及其分壓大小而變化。

二、晶體缺陷半導體上的應用案例

案例1:ZnO半導體

過量的Zn原子可以溶解在ZnO晶體中,進入晶格的間隙位置,形成間隙型離子缺陷,同時它把兩個電子松弛地束縛在其周圍,對外不表現出帶電性。但這兩個電子是亞穩定的,很容易被激發到導帶中去,成為準自由電子,使材料具有半導性。

晶體

氧化鋅晶體

案例2:摻雜硅半導體

常溫下硅的導電性能主要由雜質決定。在硅中摻入VA族元素雜質(如P、As、Sb等)后,這些VA族雜質替代了一部分硅原子的位置,但由于它們的最外層有5個價電子,其中4個與周圍硅原子形成共價鍵,多余的一個價電子便成了可以導電的自由電子。這樣一個VA族雜質原子可以向半導體硅提供一個自由電子而本身成為帶正電的離子,通常把這種雜質稱為施主雜質。當硅中摻有施主雜質時,主要靠施主提供的電子導電這種依靠電子導電的半導體被成為n型半導體。

晶體

案例3:BaTiO3半導瓷

BaTiO3陶瓷中,人們常常加入三價或五價雜質來取代Ba2+離子或Ti4+離子來形成n型半導瓷。例如,從離子半徑角度來考慮,一般使用的五價雜質元素的離子半徑是與Ti4+離子半徑(0.064nm)相近的,如Nb5+=0.069nm,Sb5+=0.062nm,它們容易替代Ti4+離子;或者使用三價元素,如La3+=0.122nm,Ce3+=0.118nm,Nd3+=0.115nm,它們接近于Ba2+離子的半徑(0.143nm),因而易于替代Ba2+離子。由此可知,不管使用三價元素還是五價元素摻雜,結果大都形成高價離子取代,即形成n型半導體。晶體

粉體圈編輯:Alpha


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