晶體中缺陷的平衡

晶體中缺陷的平衡主要內(nèi)容2-2-1滿足化學計量比組成的氧化物晶體中的缺

陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的

缺陷平衡一、金屬過剩型或氧缺位型氧化物二、金屬缺位型或氧過剩型氧化物2-2-3接近化學計量組成的氧化物晶體中的缺陷

平衡處理化合物晶體中點缺陷平衡問題步驟及方法：1.根據(jù)制備或熱處理晶體時的工藝條件（如溫度、氧分壓等）判斷可能產(chǎn)生的缺陷，并書寫出所產(chǎn)生缺陷的缺陷化學反應(yīng)式。2依缺陷反應(yīng)式寫出相應(yīng)的質(zhì)量作用定律表達式。3寫出相應(yīng)條件下的電中性方程并進行簡化。4利用電中性方程和質(zhì)量作用方程，推出缺陷濃度表達式及氧分壓的關(guān)系。5討論缺陷濃度與T，PO2以及雜質(zhì)濃度的關(guān)系。注：化學質(zhì)量作用定律：反應(yīng)的平衡常數(shù)：2-2-1滿足化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡在滿足化學計量比組成的MO晶體中的固有缺陷類型分別為弗倫克爾缺陷、反弗倫克爾缺陷、肖特基缺陷和反肖特基缺陷等，上述四種缺陷在全電離的前提下對應(yīng)的準化學反應(yīng)式依次表達如下：弗倫克爾缺陷：（2-1）反弗倫克爾缺陷：（2-2）肖特基缺陷：（2-3）反肖特基缺陷：（2-4）根據(jù)質(zhì)量作用定律：（2-5）對于（2-1）式有：（2-6）對于（2-2）式有：（2-7）對于（2-3）式有：（2-8）對于（2-1）式有：2-2-1滿足化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-1滿足化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-1滿足化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡總結(jié)：在無外來雜質(zhì)且滿足化學計量比組成的氧化物晶體中，缺陷的形成及其濃度與氧分壓Po2和金屬分壓PM無關(guān)，而且由于施主濃度與受主濃度相等，缺陷對電導無貢獻。因此可以說晶體中雖有缺陷也不一定會發(fā)生化學計量比的偏離。2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡金屬過剩：氧缺位：金屬缺位：氧過剩：金屬過剩型氧化物晶體，其主導原子缺陷通常是間隙金屬離子。典型的金屬間隙型氧化物有ZnO等。在氧缺位型氧化物晶體中,氧空位通常是由于晶體表面失氧造成的。少數(shù)蒸汽壓高的氧化物（例如PbO），氣相中的金屬原子也可能進入晶體表面形成新的原子層，從而產(chǎn)生氧空位。金屬缺位型氧化物晶體中的金屬空位，一般是伴隨氣相中的氧原子進入晶體表面形成新的原子層而配位產(chǎn)生的。氧過剩型可以看做是金屬原子揮發(fā)或外來氧原子進入間隙而形成的。一、金屬過剩型或氧缺位型氧化物2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡結(jié)論（1）：電子濃度與氧分壓的（-1/4）次方成正比。2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡（2）單電離間隙金屬離子缺陷占優(yōu)時：（2-24）則可解得：（3）雙電離間隙金屬離子缺陷占優(yōu)時：（2-25）2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡可以看出，在選用適當?shù)娜毕萆蓽驶瘜W反應(yīng)式時，在氧缺位型氧化物中缺陷（包括原子缺陷和電子缺陷）濃度與氧分壓的關(guān)系，和金屬間隙型氧化物中缺陷濃度與氧分壓的關(guān)系是相一致的，如果事先并不了解被研究的對象屬于哪種缺陷類型，可以通過下述方法加以區(qū)別：1.用X射線衍射確定晶體的結(jié)構(gòu)類型。2.利用測量擴散系數(shù)的方法加以區(qū)別。3.測量缺陷生成的熱力學參數(shù)或反應(yīng)的平衡常數(shù)，與已知

的參數(shù)進行比較的方法。缺陷濃度與氧分壓的關(guān)系與缺陷的生成機理（或者說與準化學反應(yīng)式的寫法）緊密相關(guān)。準化學反應(yīng)式具體寫成何種形式，主要從材料本身的物理、化學性質(zhì)出發(fā)，考察實際情況，寫成合乎實際的準化學反應(yīng)式。2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡原子缺陷電離度的有關(guān)問題：

原子缺陷的電離度指中性原子缺陷被電離的程度。一般是以其失去（或獲得）電子的多少來衡量。中性原子缺陷最大的電離度是由與之相關(guān)的原子的價電子數(shù)所決定的。影響原子缺陷電離度的三個原因：1.溫度2.缺陷濃度3.氧分壓-1/4-1/61/41/6缺陷濃度lg[]氧分壓lgPO2

缺陷濃度lg[]氧分壓lgPO2

非化學計量比氧化物半導體陶瓷電子缺陷濃度與氧分壓的關(guān)系（a）N型；（b）P型（a）（b）2-2-2具有非化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡26課堂作業(yè):

SnO2(Sni占優(yōu)),缺陷全電離，討論SnO2材料電導率和氧分壓的關(guān)系。2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡2-2-3接近化學計量比組成的氧化物晶體中的缺陷平衡知識點1.寫出處理金屬氧化物（MO）晶體中缺陷