高二物理競(jìng)賽點(diǎn)缺陷及其運(yùn)動(dòng)課件

點(diǎn)缺陷及其運(yùn)動(dòng)

點(diǎn)缺陷及其運(yùn)動(dòng)熱平衡狀態(tài)下的點(diǎn)缺陷(黃昆書12.3節(jié))

Schottky缺陷濃度Frenkel缺陷濃度原子擴(kuò)散理論

樣品中原子濃度不均勻時(shí)，原子就會(huì)從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)遷移，直到樣品中原子分布均勻?yàn)橹?。這種原子的遷移現(xiàn)象叫擴(kuò)散。擴(kuò)散現(xiàn)象對(duì)固體材料的應(yīng)用有著重要影響，如半導(dǎo)體Si，Ge中可以通過擴(kuò)散Ⅲ-Ⅴ族元素來控制其導(dǎo)電類型和電阻率；擴(kuò)散現(xiàn)象也決定著或影響著固體的許多物理性質(zhì)。晶體中原子的擴(kuò)散現(xiàn)象和其存在的點(diǎn)缺陷是密切相關(guān)的。擴(kuò)散的三種基本機(jī)制：Kittel8版p397兩個(gè)原子換位通過間隙原子遷移通過空位交換位置描述擴(kuò)散現(xiàn)象的宏觀規(guī)律：

Fike第一定律

Fike第二定律微觀理論的描述：

離子晶體中的點(diǎn)缺陷離子性導(dǎo)電：離子晶體中，帶電離子被固定在晶格位置上，理想情形電場(chǎng)作用下是不導(dǎo)電的，應(yīng)該是絕緣體。但實(shí)際晶體中卻存在一定的導(dǎo)電性，而且電導(dǎo)率是溫度的敏感函數(shù)，溫度高時(shí)可以有和金屬相同量級(jí)的電導(dǎo)率，分析表明這是由于點(diǎn)缺陷的存在及其擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)促成了離子晶體中正負(fù)離子在電場(chǎng)作用下定向漂移的結(jié)果，稱之為離子性導(dǎo)電。

離子晶體中的點(diǎn)缺陷（空位和間隙原子）都帶有一定電荷，沒有外場(chǎng)時(shí)做無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生宏觀電流

當(dāng)有外電場(chǎng)時(shí)，外電場(chǎng)對(duì)它們攜帶電荷的作用，使布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的傾向，從而引起宏觀電流。

通過分析可以給出離子性導(dǎo)電的歐姆定律表達(dá)式。（見黃昆書p555）顯然和金屬不同，溫度越高，電導(dǎo)率越高。NaCl晶體電導(dǎo)率的對(duì)數(shù)隨103/T的變化

從上述討論中得到啟發(fā)，人們發(fā)現(xiàn)并制備出室溫下即有高電導(dǎo)率的離子晶體，稱為快離子導(dǎo)體（SuperionicConductors），快離子晶體與其它離子晶體沒有截然的界限，它們都顯示出某些離子導(dǎo)電性，一般說來，在固相中的離子電導(dǎo)率類似于熔體（σ≥10－1Ω－1﹒cm-1），而激活能很低（10-1eV）是快離子導(dǎo)體的公認(rèn)標(biāo)志。現(xiàn)在快離子導(dǎo)體的研究和利用已經(jīng)成為固體物理的一個(gè)重要分支了。相關(guān)參考書：

Salamon：快離子導(dǎo)體物理中譯本（1984）