缺陷化学专题教育课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三章缺点化学本章内容§3.1晶体缺点分类点缺点（零维缺点）§3.1点缺点PointDefect•Vacancies:缺点图示§3.1缺点化学符号3.1化学缺点符号3.1Kroger-Vink记号3.1本征缺点intrinsicpointdefects弗兰克尔缺点：金属晶体：形成等量金属离子空位和间隙中金属离子；离子晶体：形成等量正离子间隙和正离子空位（正负离子半径大小不一样）；以离子晶体MX为例：其弗兰克尔缺点就是和，和分别表示它们浓度，由热缺点波尔兹曼分布，有以下式子成立：其中，E：生成一个正离子间隙和一个正离子空位所需要能量；Em：生成一摩尔正离子间隙和一摩尔正离子空位所需要能量，简称缺点生成能。无外界干扰间隙与空位等量，则肖特基缺点：金属：形成金属离子空位；离子晶体：形成等量正离子和负离子空位，即Vm和Vx；以MgO为例：，•Pointdefectconcentrationvarieswithtemperature!5定义:体系中杂质(2)在本体(1)中含量3.1杂质缺点83.1陶瓷中杂质3.1陶瓷中杂质-固溶体3.2缺点化学反应方程式缺点产生复合化学反应AB+C例1．中掺入,缺点反应方程式为：例2．中掺入和中掺入方程式分别为：3.2基本缺点反应方程基本缺点反应方程3.2化学式②向1mol中掺入发生反应：与①不一样之处于于：一部分钙离子置换了锆离子，另一部分钙离子填在氧化锆晶格间隙中形成间隙离子。化学式为：③向1mol中掺入xmol发生置换反应：化学式为：④向1mol中掺入xmol发生填隙反应：化学式为：⑤向1mol中掺入xmol发生等价置换反应：化学式为：⑥向1mol中再掺入xmol，发生置换反应：化学式为：6．化合物密度计算密度：单位晶胞内全部原子总质量与单位晶胞体积商，表示为：（单位：）设一个晶胞中有n个原子，则：化合物密度计算应用：判断在给定化学式中，掺杂物质是以填隙还是置换形式进入基体，因为填隙型和置换型化合物密度不一样，普通而言，置换型密度较填隙型小。以氧化钙掺杂氧化锆为例：3.2缺点缔合反应∵热力学中，吉布斯自由能变与焓变及熵变有以下关系：比如：3.3非化学计量化合物3.3非化学计量化合物举例比如：TiO2在还原气氛中失去部分氧，生成TiO2-x应可写成上述过程实质为：式3－3－3反应达平衡时，则在温度一定情况下，由得：TiO2是电子导电，故其电导率与氧分压关系以下：这类关系应用：氧分压传感器、氧离子导体和燃料电池；TiO2：电子导电ZrO2：氧离子空位扩散Zn完全电离为比较困难反应式平衡常数为：电导率为：反应实质：3.3非化学计量化合物举例3.3非化学计量化合物举例小结：四类非化学计量化合物之代表物缺点化学应用氧分压传感器示意图SolidOxideFuelCell-Adevicethatgenerateselectricitybycombiningafuelandanoxidantgasacrossanelectrolyte.3.4缺点与半导体（电子与空穴）3.4本征半导体硅和锗共价键结构共价键中两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子极难脱离共价键成为自由电子，所以本征半导体中自由电子极少，所以本征半导体导电能力很弱。3.4本征半导体导电机理可见因热激发而出现自由电子和空穴是同时成对出现，称为电子空穴对。游离部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图所表示。3.4.本征半导体导电机理温度越高，载流子浓度越高。所以本征半导体导电能力越强，温度是影响半导体性能一个主要外部原因，这是半导体一大特点。3.4杂质半导体一、N型半导体二、P型半导体掺杂局域能级ED13.4掺杂后点缺点局域能级3.4掺杂后点缺点局域能级ED=0.0127ev3.4掺杂后点缺点局域能级当T=0,费米EF一下被电子充满,费米能级EF以上空.电子在很小电场下很轻易进入空导带形成导电当T>0,电子很轻易受热激发进入高于费米能级能带图:宽禁带绝缘体材料Egap能带图:半导体中等禁带宽Egap5价元素掺杂4价半导体形成n型半导体处于导带下端EC施主能级ED提升载流子浓度n能够增强电子导电.更多载流子造成费米能级EF向高端移动能带结构:半导体受主掺杂用途?测定半导体载流子类型(electronvs.hole)和载流子浓度n.怎样测?把半导体材料放在外磁场B中,沿一个方向通入电流,测试在垂直电流方向产生Hall电压VH.依据罗伦兹方程FE(qE)=FB(qvB).pn结能带结构小电流A-V关系正偏压:电流指数增加负偏压:漏电流~Io.“调整”pn结使得电流单向流动3.5半导体光学性质光色3.5色中心3.5色中心定义因为光是一个能量流，在光经过材料传输时，会引发材料电子跃迁或使原子振动，从而使光能一部分变成热能，造成光能衰减，这