CHƯƠNG 3: KHUYẾT TẬT TINH THỂ THỂ ppt

Tinh thể hoàn thiện: được phân bố vào đúng  phần lớn các tinh thể có nồng độ khuyết tật trên 1%... Khuyết tật nội tạiKhuyết tật ngoại lai Ví dụ: chất bán dẫn n của Si có lẫn AS... - P

Tinh thể hoàn thiện:

 được phân bố vào đúng

 phần lớn các tinh thể có nồng độ khuyết tật trên 1%

Khuyết tật nội tại

Khuyết tật ngoại lai

Ví dụ: chất bán dẫn n của Si có lẫn AS

Sai sót không tỷ lượng (không

hợp thức): phụ thuộc nhiệt độ và môi

+ Khuyết tật kiểu Frenkel

+ Khuyết tật kiểu Schhottky

 Khuyết tật Frenkel:

Nguyên tố cation hay

anion chuyển vào vị trí

xen kẻ để lại nút trống

 Khuyết tật Schhottky:

Khi xuất hiện vị trí trống cation thì có xuất hiện vị trí trống anion

- Phải đảm bảo kiểu mạng: kiểu mạng chính không đổi khikhuyết tật

- Phải đảm bảo tỉ lệ nút cation-anion trong tinh thể:

Ví dụ: tỉ lệ Ca/F trong mạng CaF2 là 1/2

- Phải trung hòa về điện: tổng điện tích dương bằng tổngđiện tích âm

- Phải bảo tồn vật chất: bảo toàn nguyên tố, điện tích trongphản ứng

Ví dụ: khi cho CaCl2 vào trong mạng NaCl

CaCl2  Ca.Na + 2ClCl + V’Na

Cation Y thay cho cation M hay anion L thay cho anion X

Ví dụ: 1/ cho LiCl vào trong mạng tinh thể NaCl  LiNa

2/ cho NaBr vào trong mạng tinh thể NaCl  BrCl

Cation hay ainon có hóa trị khác thay thế vào mạng tinh thể

Ví dụ: cho SrCl2 vào trong mạng tinh thể NaCl

Tạo lỗ trống: SrCl2 = SrNa· + ClCl + VNa'

Chèn vào vị trí xen kẻ: SrCl2 = SrNa· + Cli'+ ClCl

Ví dụ: mạng CaF 2 có phụ gia NaF

→ Na' Ca + V˙ F ↔ 0 → Na' i + F' i ↔ 0

Nếu CaF2 tồn tại mất trật tự Frenkel cho anion F -:

CaF 2 = Ca Ca + F F + F i ’ + V' F

F i ’ + Na' Ca ↔ 2V˙ F 2F i ’ ↔ V˙ F + Na' i

Cation hay ainon có hóa trị khác thay thế vào mạng tinh thể

Ví dụ: cho SrCl2 vào trong mạng tinh thể NaCl

Tạo lỗ trống: SrCl2 = SrNa· + ClCl + VNa'

Chèn vào vị trí xen kẻ: SrCl2 = SrNa· + Cli'+ ClCl

Li NaKhi LiCl được đốt nóng trong hơi Li,

các nguyên tố Li lấy các anion Cl và

để lại electron tại vị trí Cl

Chứa lỗ trống anion (electron)

Ví dụ: Na 1+x Cl, Zn 1+x O với x « 1

Khi đun nóng ZnO:

Khi khuyết tật Schottky Khi khuyết tật Frenkel

Kiểu mạng của dung môi được bảo toàn

Tuy nhiên dung dịch rắn khác dung dịch và hợp chất hóa học

Gồm:

Dung dịch rắn thay thế: nguyên tử hay ion chất tan thế chỗdung môi

Yêu cầu: cấu trúc chất tan gần giống dung môi

Dung dịch rắn xen kẽ: nguyên tử hay ion chất tan xen kẽcác nút mạng của tinh thể

Yêu cầu: bán kính chất tan nhỏ như H, C, B, N

Dung dịch rắn thay thế Dung dịch rắn xen kẽ

Thay thế đồng hình - Các phần tử đồng hình:

Bán kính tương đương nhau (sai lệch không quá 15%)

Cấu trúc gần giống nhau

Hóa trị, số phối trí gần giống nhau

Cấu hình electron, độ phân cực

Ví dụ:

Bán kính Ca 2+ và Na + là 0,104nm và 0,098nm → có thể tạodung dịch rắn muối Ca2+ trong mạng muối Na+ và ngược lại.Bán kính K + là 1,33nm lệch so với Na + gần 40% → khôngthể tạo dung dịch rắn ở nhiệt độ thường mà ở nhiệt độ cao

27

Sai sót cấu trúc

Tính chất điện

Tính chất quang

Tính chất từ

Tính chất nhiệt

Độ dẫn điện của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ

Khi nhiệt độ tăng, độ linh động của electron bị cản trở bởidao động nhiệt của electron, điện trở tăng

→ Tạp chất và sai sót gây nhiễu xạ electron làm tăng điệntrở vật dẫn

Độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng khi nhiệt độ tăng

→ Tạp chất nhóm III (bán dẫn kiểu p) và V (bán dẫn kiểun) làm tăng đáng kể số lỗ trống và electron tự do làm tăng độdẫn của bán dẫn

Sai sót cấu trúc ít ảnh hưởng tới tính chất của chất điện môi

Sự hấp phụ: các tinh thể hoàn thiện trong suốt với ánh sáng

Hiện tượng bức xạ: khi các electron chuyển từ vùng kíchthích về vùng hóa trị  phát quang

chất Ví dụ: KBr có lẫn Tl3+, ZnS hay CdS lẫn Ag+,

Tính chất nhiệt: nhiệt dung và độ dẫn nhiệt ít bị ảnh hưởng

Tính chất từ: các tạp chất C, S, N, O làm giảm mạnh độ từthẩm µ của chất sắt từ, làm giảm từ tính vĩnh cữu

Tính chất cơ học:

+ Độ bền cơ của tinh thể thực bị giảm rất nhiều so với tinh thể lýtưởng do sai sót cấu trúc

+ Tạp chất ngăn các chuyển động của các loại lệch mạng → làm

tăng độ bền cơ của vật liệu Vd: tôi thép tạo cacbua sắt

Tính chất xúc tác: tại các vị trí khuyết tật trở thành tâm củacác xúc tác, các vật liệu gốm bán dẫn xúc tác nhờ vào khảnăng cho nhận electron tại các lỗ trống