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二、色心
定义：色心是一种非化学计量比引起的空位缺陷。 特征：该空位能够吸收可见光使原来透明的晶体出现颜色，因而称
它们为色心,最简单的色心是F心(来自德语”Farbe”,颜色)。
F心：是离子晶体中的一个负离子空位束缚一个电子构成的点缺陷。 形成过程：是碱卤晶体在相应的过量碱金属蒸汽中加热，例如：
NaCl晶体在Na蒸汽中加热后呈黄色；KCl晶体在K蒸汽中加热后呈紫 色；LiF在Li蒸汽中加热后呈粉红色。
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F心的着色原理：在于加热过程中过量的碱金属原子进入晶体占据碱
金属格点位置。晶体为保持电中性，会产生相应数目的负离子空位。同时 ，处于格点的碱金属原子被电离，失去的电子被带正电的负离子空位所束 缚，从而在空位附近形成F心，如图4-3，F心可以看成是束缚在负离子空 位处的一种“电子陷阱”。
V心：与F心相对的色心，又称空穴色心பைடு நூலகம்是离子晶体的负电中心束缚
一个带正电的“空穴”所组成的点缺陷。
形成过程：当碱卤晶体在过量的卤素蒸汽中加热后，由于大量的卤素
进入晶体，为保持电中性，在晶体中出现了正离子空位,形成负电中心。 这种负电中心可以束缚一个带正电的“空穴”所组成的体系称为V心。
V心和F心在结构上是碱卤晶体中两种最简单的缺陷。在有色心存在的晶 体中，A、B两种元素的比例已偏离严格的化学计量比。所以色心也是一 种非化学计量引起的缺陷。
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点缺陷类型示意图
(a)Frenkel缺陷； (b) Schottky缺陷； (c)反Schottky缺陷
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（4）空位的形成能
定义：
空位的形成能是在晶体内的格点上取出一个原子放到 晶体表面所需要的能量。
讨论：
（a）结合能越大，熔点越高，则空位的形成能越大。 （b）一般化合物晶体中的点缺陷是空位，因为形成间隙
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实际晶体
1 有三个点缺陷的规则堆积阵
4 位错群
2 点和线缺陷
3 被缺陷界面分开的畴界没有孪晶 上一内容 下一内容 回主目录
5 相界
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晶体缺陷的存在，破坏了完美晶体的有序性，引 起晶体内能U和熵S的增加。
按缺陷在空间的几何构型可将缺陷分为：
点缺陷——缺陷的延伸范围是零维 线缺陷——一维 面缺陷——二维 体缺陷——三维 每一类缺陷都会对晶体的性能产生很大影响，例如：
• 间隙原子（ Interstitial） Mi，Oi
• 错位原子 MO，OM
• •
溶自质由原电子子（及外电来子原空子穴）e,，LMh，· Li
• 带电荷的缺陷 VM,,，VO··
• 缺陷方程三原则：
• 质量守恒, 电荷平衡, 正负离子格点成比例增减。如：
• •
肖弗特仑基克缺尔陷缺生陷成生：成0：→0V→MV,,+MV,,+O·M· i ··
• 异类原子——在一种类型的原 子组成的晶格中，不同种类的 原子替换原有的原子占有其应 有的位置。
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（二）点缺陷的形成和形成能
（1）肖脱基（Schottky）缺陷 特征：晶体中存在着晶格空位。 形成原因：这种空位是晶体内部格点上的原子或离子通过接力运动移到
表面格点位置后在晶体内所留下的空位，如图4-1b。
点缺陷——影响晶体的电学、光学和机械性能； 线缺陷——严重影响晶体的强度、电性能等。
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§4-1 点缺陷
点缺陷是晶体中以空位、间隙原子、杂质原子
为中心，在一个或几个原子尺寸范围的微观区 域内，晶格结构偏离严格周期性而形成的畸变 区域。它是由晶体的热振动而产生。
点缺陷是晶体中最简单、最常见或者说一定存 在的缺陷形式。
点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小，是 在原子尺寸大小的晶体缺陷。
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一、点缺陷的类型和形成能
（一）点缺陷的类型
• 空位——在晶格结点位置应有 原子的地方空缺，这种缺陷称 为“空位”。
• 间隙原子——在晶格非结点位 置，往往是晶格的间隙，出现 了多余的原子。它们可能是同 类原子，也可能是异类原子。
原子所需的能量比形成空位的高。 （c）一般共价半径大的原子具有较大的空位形成能。
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（三）点缺陷的表示
• Kroger-Vink（1960年前后）提出了一套描写点缺陷的
记号，并发展了应用质量作用定律等来处理晶格缺陷
间关系的缺陷化学。以MO（氧化物）为例：
• 空位 （Vacancy） VM，VO
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三、杂质原子
实际晶体中存在某些微量杂质。杂质来源：
定义：只形成空位不形成间隙原子（构成新的晶面）的晶体空位称为肖
脱基缺陷。
注意：
1、负离子不能到间隙 2、要求局部电中性
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（2）费伦克尔（Frenkel）缺陷
特征：原子离开平衡位置进入间隙，形成等量的空位和间隙原子。 形成原因：如果晶体内部格点上的原子或离子移到晶格间隙位置形成间隙 原子，同时在原来的格点位置上留下空位，于是晶体中将存在等浓度的晶 格空位和填隙原子，如图a。 定义：将空位-间隙原子对称为费仑克尔缺陷。
第四章 晶体缺陷
完美晶体——组成晶体的所有原子或离子都排列在晶格中，没 有晶格空位，也没有间隙原子或离子。其特征： 1、晶格中的原子或离子都是化学分子式中的原子或离子，没 有外来的杂质； 2、晶体的原子之比符合化学计量比。
实际晶体：与理想晶体有一些差异。如（现象）： 1、处于晶体表面的原子或离子与体内的差异； 2、晶体在形成时，常因一些部位同时成核生长，结果形成的 不是单晶而是许多细小晶粒按不规则排列组合起来的多晶体； 3、在外界因素的作用下，原子或离子脱离平衡位置（如点缺 陷）和杂质原子的引入等。
（3）间隙原子缺陷(或称反肖脱基缺陷 )
特征：它是晶体表面格点原子运动到晶体的间隙位置，如图c。形成填隙缺 陷需要更大的能量，除小半径杂质原子外，一般不易单独形成此种缺陷。
小结：形成填隙原子时，原子挤入间隙位置所需要的能量比产生肖特基空
位所需能量大，因此当温度不太高时，肖特基缺陷的数目要比弗仑克尔缺 陷的数目大得多。