第3章缺陷2-材料物理化学-2015秋.pdf

材料物理化学 第三章 固体功能材料中的缺陷(2) 施鹰 yshi@shu.edu.cn 上海大学材料学院电子信息材料系 2015秋季硕士研究生 1 3.6缺陷热力学平衡理论 （MgO、PbS及气氛的作用） 3.7两性半导体 3.8半导体材料的自补偿(self-compensation)效应 （II－VI化合物） 3.9缺陷的缔合：离子晶体中的色心 3.10半导体陶瓷中的点缺陷平衡 2015秋季硕士研究生 2 1 陶瓷材料中的缺陷 • 与陶瓷材料的组成、显微结构和制备条件密切 相关； • 与陶瓷材料的氧化还原反应、传质特性、导电 特性、敏感特性、光电导、光催化特性联系紧 密。 • 对于陶瓷材料与周围环境进行物理化学交互作 用具有重要意义。 2015秋季硕士研究生 3 3.6固体中点缺陷的热力学理论 基于如下假设： • 一个实际的晶体可以看作是一个溶液体系，晶格 点阵是体系中的溶剂，点缺陷是溶质。 • 点缺陷的形成与转化看成准化学反应； • 当点缺陷的浓度很低时，可处理为稀溶液体系。 • 电子、空穴以及各种点缺陷都可以看作是象原子、 离子、分子一样的化学组元，它们参加的反应也 可以看作是类化学反应。可以用类化学反应方程 加以描述。 2015秋季硕士研究生 4 2 缺陷的类化学平衡处理方法 由反应相互联系的点缺陷浓度与组 分蒸气压和温度的平衡方程 缺陷化学为剖析点缺 陷对陶瓷材料特性提供 联 了极其有效的工具 立 电中性条件 求 解 杂质离子浓度守恒 陶瓷材料的电导率、 扩散传导、化学反应速 率和传质的动力学都与 缺陷的形态和数目密切各种点缺陷浓度与组分 相关 蒸气压或温度间的关系 2015秋季硕士研究生 5 本征点缺陷浓度与气体分压的关系 本征点缺陷浓度与晶体周围的气体组成有什么样 的关系呢？ Brouwer （1954年）提出一个简单的几何构图， (基于点缺陷浓度对数之间的线性关系)，描述了 在指定温度下本征点缺陷浓度随气相组成变化的 关系。 这个构图需要测定或估算晶体中形成所有可能的 点缺陷的反应平衡常数 这样我们才有可能画出平衡点缺陷浓度与在晶体 整个存在区域上平衡气相组成之间的关系图。 2015秋季硕士研究生 6 3 CdTe和CdS 的Brouwer图  描述了在指定温度下本 征点缺陷浓度随气相组 成变化的关系。  图1.7为计算得到的两