缺陷化学概论PDF电子书下载

0　绪论 1

0.1　缺陷化学的任务及研究方法 1

0.2　研究缺陷化学的意义 1

0.3　缺陷化学的发展概况 3

1　晶体中的缺陷 4

1.1　晶体缺陷的类型 4

1.1.1 原子缺陷 5

1.1.2 电子缺陷 5

1.1.3 色心 6

1.1.4　线缺陷（位错） 7

1.1.5 面缺陷 11

1.1.6　体缺陷 14

1.2　点缺陷的表示方法及缺陷反应方程式 16

1.2.1　缺陷的类型及其符号 16

1.2.2　缺陷反应方程式 18

1.2.3　缺陷反应方程式的写法示例 19

1.3.1 产生点缺陷的热力学观点与缺陷的平衡浓度 21

1.3　点缺陷的浓度及原子浓度表示方法 21

1.3.2　缺陷和原子浓度的表示方法 23

1.3.3　热缺陷浓度的计算 24

1.4　结构元和构造单位 26

1.5　点缺陷的化学位 28

1.6　本征缺陷 30

1.6.1 肖特基缺陷 31

1.6.2 弗仑克尔缺陷 31

1.6.4 本征点缺陷的实例 32

1.6.3　判断晶体中热缺陷类型的主要因素 32

1.7　杂质缺陷 33

1.7.1 决定杂质缺陷形成的因素 33

1.7.2　杂质缺陷的类型 34

1.8 固溶体 36

1.8.1 固溶体的基本概念 36

1.8.2 固溶体的分类 37

1.8.3　连续置换型固溶体的形成条件 39

1.8.4 不等价置换固溶体中的缺陷形式 40

1.8.5 固溶体的研究方法及意义 42

1.9.1 对非计量化合物存在的认识 44

1.9　非化学计量化合物 44

1.9.2　对非计量化合物的规定 45

1.9.3 非化学计量化合物产生的原因及类型 45

1.9.4　非化学计量化合物特点及意义 49

习题与思考题 50

2　电子缺陷和能级 52

2.1 电子缺陷 52

2.1.1 固体中的能带模型 52

2.1.3 电子缺陷运动的两种模型 54

2.1.2 固体中的电子缺陷 54

2.1.4 各种原子缺陷与电子缺陷的关系 56

2.2　费密能级和电子的化学位 59

2.2.1 费密分布函数 59

2.2.2　费密能级及计算 60

2.2.3 费密能级的意义 61

2.3　简并能级 62

2.4　缺陷能级和杂质能级 63

2.4.1 点缺陷的局域能级及意义 63

2.4.2　本征原子缺陷的局域能级 64

2.4.3　杂质缺陷的局域能级 65

2.5　缺陷能级的计算 67

2.6　缺陷的缔合 69

2.6.1　缺陷缔合的作用力 69

2.6.2　缺陷缔合的类型 70

2.7　价键和点缺陷 71

2.7.1 判断缺陷是施主还是受主的几点规则 71

2.7.2　施主杂质和价键 72

2.7.3　受主杂质缺陷和价键 76

2.7.4　空位缺陷 78

2.8.1 ZrO2快离子导体（固体电解质） 79

2.8　无机材料中点缺陷的作用示例 79

2.8.2　半导体陶瓷 80

2.8.3 点缺陷在固体发光材料中的作用示例 84

习题与思考题 87

3　晶体中缺陷的平衡 88

3.1　缺陷的类化学平衡 88

3.1.1 缺陷平衡的准化学反应式 90

3.1.2　点缺陷的平衡与质量作用定律 91

3.1.3　缺陷平衡方程式的具体要求 92

3.2.1　本征电子平衡 94

3.2　本征电子平衡和电离平衡 94

3.2.2 电离平衡 95

3.3　化学计量晶体中的固有原子缺陷的平衡 96

3.3.1　产生原子缺陷的基本类型 96

3.3.2 晶体的点缺陷和化学整比性 97

3.3.3 肖特基缺陷的平衡 98

3.3.4 弗仑克尔缺陷的平衡 101

3.3.5　缺陷形成的动力学 101

3.4.1 具有肖特基缺陷的化合物中的等温平衡 102

3.4　纯晶体内固有缺陷的完全平衡 102

3.4.2 具有弗仑克尔缺陷的化合物MX中的等温平衡 106

3.4.3 BaO的缺陷模型 108

3.4.4　PbS中各类缺陷的完全平衡举例 113

3.5　纯晶体中的缺陷浓度与冷却速度的关系 118

3.6　纯晶体中缺陷浓度随温度的变化 120

3.7　实验限度——最大缺陷浓度 124

3.8　非化学计量化合物中缺陷的平衡 125

3.8.1 晶体与气相间的反应——由晶体蒸发或升华产生的非化学计量化合物的平衡 125

3.8.2 对化学计量的偏离及其与缺陷浓度的关系 127

3.8.3 由于氧过剩而产生的非化学计量缺陷的浓度与平衡常数的关系 128

3.8.4 由于氧不足而产生的非化学计量缺陷的浓度与平衡常数的关系 129

3.9 固体中低浓度点缺陷的控制 130

习题与思考题 132

4　含有杂质的晶体中缺陷的平衡 134

4.1　杂质原子进入晶体的不同作用 134

4.1.1 两类不同杂质 134

4.1.2　杂质进入机制的变化 135

4.2　掺杂氧化物晶体中的缺陷平衡 135

4.3　CdF2中掺杂的缺陷平衡实例 139

4.4　ZnS中掺杂的缺陷平衡实例 140

4.5　PbS中杂质对缺陷浓度的影响 141

4.5.1 PbS晶体中缺陷浓度与气相分压的关系 142

4.5.2　进入机制与气氛的关系 143

4.5.3 固定杂质浓度的情形 143

4.5.4　施主型掺杂与受主型掺杂——掺杂控制法的优点 144

4.5.5　k′s＞ki的晶体 145

4.5.6　低杂质浓度的情形 145

4.5.7 杂质溶解度与气氛的关系 146

4.5.8 杂质进入机制的实验确定 146

4.6　杂质溶解度极限——有第二凝聚相存在时的等温平衡 147

4.7　掺杂BaTiO3中的缺陷平衡与电导率的关系示例 148

4.7.1 未掺杂钛酸钡中的缺陷模型 149

4.7.2　施主掺杂钛酸钡的缺陷模型 152

4.7.3 受主掺杂对钛酸钡电性能的影响 155

4.8　BaTiO3半导瓷烧结过程对缺陷浓度及电性能的影响 157

4.8.1 高温缺陷状态与室温电导率之间的联系 157

4.8.2　烧结气氛对电性能的影响 159

4.8.3　淬火温度和速度对电性能的影响 160

习题与思考题 162

5.1.1　侵蚀法观察位错 163

5　缺陷的实验观测技术 163

5.1　位错的光学观察 163

5.1.2　缀饰法观察位错 164

5.1.3　应力双折射法观察位错 164

5.2　激光光谱分析 165

5.3　电子探针 167

5.3.1 电子探针仪的一般原理与构造 167

5.3.2　样品的制备 169

5.4　离子探针 169

5.4.1 直接成像离子质量分析器 170

5.4.2 离子微探针质谱仪 171

5.5　观察晶体缺陷的X射线形貌术 173

5.5.1　投影形貌法 174

5.5.2　反射形貌法 176

5.5.3 异常透射法［150］（又称Borrmann法） 177

5.6　电子显微镜分析技术 177

5.6.1　透射电子显微镜技术 178

5.6.2 用透射法观察晶体缺陷 180

5.6.3　扫描电子显微镜技术 183

5.7　光电子能谱 186

5.8　电子自旋共振波谱 187

习题与思考题 189

附录 190

附录1　物理和化学常数 190

附录2　SI基本单位的名称和符号 191

附录3　单位换算和基本物理常数 191

附录4　分子能量单位 192

附录5　压强单位的换算 192

参考文献 193