用VASP4.6计算晶体硅能带实例

VASP Version : 4.6

在此文中，我将用硅晶体作为实例，来说明如何用VASP4.6来计算固体的能带结构。首先我们要了解晶体硅的结构，它是两个嵌套在一起的FCC布拉菲晶格，相对的位置为 (a/4,a/4,a/4), 其中a=5.4A是大的正方晶格的晶格常数。在计算中，我们采用FCC的原胞，每个原胞里有两个硅原子。

VASP计算需要以下的四个文件：INCAR（控制参数）, KPOINTS（倒空间撒点）, POSCAR（原子坐标）, POTCAR（赝势文件）

为了计算能带结构，我们首先要进行一次自洽计算，得到体系正确的基态电子密度。然后固定此电荷分布，对于选定的特殊的K点进一步进行非自洽的能带计算。有了需要的K点的能量本征值，也就得到了我们所需要的能带。

步骤一.—自洽计算产生正确的基态电子密度：

以下是用到的各个文件样本:

INCAR 文件：

SYSTEM = Si

Startparameter for this run:

NWRITE = 2; LPETIM=F write-flag & timer

PREC = medium medium, high low

ISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecut

ICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-const

ISPIN = 1 spin polarized calculation?

Electronic Relaxation 1

NELM = 90; NELMIN= 8; NELMDL= 10 # of ELM steps

EDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELM

LREAL = .FALSE. real-space projection

Ionic relaxation

EDIFFG = 0.1E-02 stopping-criterion for IOM

NSW = 0 number of steps for IOM

IBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG

ISIF = 2 stress and relaxation

POTIM = 0.10 time-step for ionic-motion

TEIN = 0.0 initial temperature

TEBEG = 0.0; TEEND = 0.0 temperature during run

DOS related values:

ISMEAR = 0 ; SIGMA = 0.10 broadening in eV -4-tet -1-fermi 0-gaus

Electronic relaxation 2 (details)

Write flags

LWAVE = T write WAVECAR

LCHARG = T write CHGCAR

VASP给INCAR文件中的很多参数都设置了默认值，所以如果你对参数不熟悉，可以直接用默认的参数值。比如在这个例子中，下面的比较简单的INCAR 文件也可以完成任务:

SYSTEM = Si

Startparameter for this run:

PREC = medium medium, high low

ISTART = 0 job : 0-new 1-cont 2-samecut

ICHARG = 2 charge: 1-file 2-atom 10-const

EDIFF = 0.1E-03 stopping-criterion for ELM

NSW = 0 number of steps for IOM

IBRION = 2 ionic relax: 0-MD 1-quasi-New 2-CG

ISIF = 2 stress and relaxation

KPOINT文件:

我们采用自动的Monkhorst-Pack K点撒取方式。对于类似于硅晶体的半导体材料，通常 4x4x4 的K点网格就够了。

Monkhorst Pack

Monkhorst Pack

4 4 4

0 0 0

POSCAR文件:

我们采用FCC原胞，所以每个原胞包含两个硅原子

Si

5.38936

0.5 0.5 0.0

0.0 0.5 0.5

0.5 0.0 0.5

2

Cartesian

0.0000000000000 0.00000000000 0.0000000000000

0.2500000000000 0.25000000000 0.2500000000000

POTCAR文件

不需要进行任何改动，只需将POTCAR文件从正确的赝势库里拷贝过来就行了。

运行VASP进行完这一步的计算后，我们应该得到了自洽的电荷分布-CHGCAR文件。为了得到能带结构，我们需要对指定的K点进行非自洽的计算，然后将信息汇总，得到E-K的能带关系。

步骤二.—在固定电子密度的情况下，得到选取K点的能量本征值。

我们需要修改一下INCAR文件中的部分参数

ICHARG = 11 charge: 1-file 2-atom 10-const

ICHARG=11 表示从CHGCAR中读入电荷分布，并且在计算中保持不变。

我们还需要更改KPOINT文件，来指定我们感兴趣的某些高对称性的K点。在VASP4.6中，这个可以通过Line mode来轻易实现.

k-points along high symmetry lines

10 ! 10 intersections

Line-mode

rec

0 0 0 ! gamma

0.5 0.5 0 ! X

0.0 0.0 0 ! gamma

0.5 0.5 0.5 ! L

通过指定Line-mode， VASP会自动在起点和终点之间插入指定的K点数，比如上面的文件就是指定VASP计算沿着Gamma点到X点，以及Gamma点到L点的K 点，每个方向上各取10个K点。下图是硅晶体的第一布里渊区，标出了一些高对称性点。

作如上修改后，我们再次运行VASP，然后我们就可以从OUTCAR文件或者EIGENVAL 文件里得到需要的每个K点的能级信息。

比如说EIGENVAL文件会有类似以下的输出

0.5555556E-01 0.5555556E-01 0.0000000E+00 0.5000000E-01

1 -6.8356

2 4.8911

3 5.0077

4 5.0079

5 7.6438

6 8.0693

7 8.0694

8 9.0057

第一行就是K点的倒空间的坐标，接下来的8行告诉我们在那个K点上的8个能级。你可以通过EXCEL或者ORIGIN之类的画图软件可视化结果。由于现在手头上已经有了每个K点的能级信息，则将这些K点的能级连接起来就是你所需要的能带图了。下图是用以上步骤算得的硅的能带图。我们可以看到硅并非是直接能隙的材料。同时，由于我们用了LDA，所以硅的能隙和实验相比大大被低估了（实验为1.12eV，计算值~0.6eV）。

VASP计算ZnO能带及态密度

1．准备四个输入文件

POSCAR INCAR OUTCAR KPOINTS

POSCAR: 从ms中导入ZnO结构，选择CASTEP，file，save，并保存成原包。这样，得到一隐藏文件.cell, 将它用编辑器打开，从中的到vasp所需的POSCAR信息，修改得到POSCAR。

system=ZnO

1

-0.0 2.315 2.315

2.315 -0 2.315

2.315 2.315 0.0

1 1

direct

0.25 0.25 0.25

0 0 0

POTCAR:用paw-GGA的赝势，提取，O，Zn的赝势合并成一个赝势。

下面是INCAR

SYSTEM=ZnO

ENCUT=250

ISTART=0

ICHARG=2

ISMEAR=-5

PREC=Accurate

再下面KPOINTS

9*9*9

Monkhorst

9 9 9

0 0 0

至此，四文件已准备好，进行计算，

vasp&

（这里我有了第一个疑问，在这计算之前，是否需要某些参数的测试，比如截断能，晶格参数等，要的话，标准时什么？还有，vasp运行后，如何知道结果是否满足要求呢？）

下面进行静态计算

INCAR: ISTART=0,ICHARG=2,ISMEAR=-5,ENCUT=400,

只修改了INICAR，其余文件不变，vasp&

3.求DOS

INCAR:ISTART=1,ICHARG=11,RWIGS=0.82 1.27 LORBIT=11,其余的同上，

KPOINTS: 增加K点：9*9*9

准备好文件后计算，vasp&，任务进行时出现错误提示行，但是任务能继续进行：

Warning：stress and forces are not correct

POSCAR INCAR and KPOINTS ok starting setup

不知哪里有问题？

运行完了后，用split_dos进行DOS分割，，出现错误提示（提示将放在楼下~~）

得到了DOS0 DOS1 DOS2 三个文件，但是DOS1 DOS2相同，错在哪里？DOS0 DOS1 DOS2文件如何理解？？

4.求能带结构

最后求能带结构，INCAR文件修改如下：

SYSTEM=ZnO

ENCUT=400

ISTART=1

ICHARG=11

ISMEAR=0

PREC=Accurate

KPOINTS文件修改结果：

kpoints along high symmetry lines

10

line

rec

0 0 0

0.5 0 0.5

0.5 0 0.5

0.5 0.5 0.25

0.5 0.5 0.25

0.5 0.5 0.5

0.5 0.5 0.5

0 0 0

设置这些之后，计算，vasp&

从EIGENVAL文件得到能带信息，通过oringin画能带图，DOS图。（图将放在楼下！）

大概的过程就是这样，可能有高手会说了，应该看说明，我真的学习了，但是理论和实践还是有好大差距，所以，希望大家，高手，不吝赐教！也为后来的人留个基础帖！！！

VASP是固体物理程序中非常稳定，性能优秀的软件之一，被广泛的用于固体性质的计算。在这里，我们以Pt金属为例，介绍如何用VASP计算并且可视化VASP的能带计算结果。

进行能带计算首先要进行正常的自洽的计算。主要目的是得到能带计算所需要的基态的电荷密度文件。所以必须保证LCHARG=.TRUE.。可以用如下的INCAR文件和KPOINTS文件。

INCAR

Pt-bulk

PREC = High

NSW = 50 number of steps for

IBRION =2 conjugate-gradient

ISMEAR = 1

SIGMA = 0.2

LCHARG = .TRUE.

KPOINTS

kpoints

Monkhorst

12 12 12

0 0 0

进行完自恰计算后，用以下的INCAR文件进行能带结构的计算。关键是要保持自洽的电荷密度不变，即ICHARG=11。

Pt-bulk

PREC = High

NWRITE = 1

Ionic Relaxation

NSW = 0 number of steps for IOM

IBRION = -1 conjugate-gradient algorithm

DOS related values:

ISMEAR = 0

ICHARG = 11

KPOINTS文件如下，我们选取了5个高对称方向，每个方向上21个K点来构建能带图。

kpoints

21 ! 21 intersections

Line-mode

cart

0 0 0 ! gamma

1 0 0 ! X

1 0 0 ! X

1 0.5 0 ! W

1 0.5 0 ! W

0.5 0.5 0.5 ! L

0.5 0.5 0.5 ! L

0 0 0 ! gamma

0 0 0 ! gamma

1 1 0 ! K

得到的OUTCAR文件里就包含了各个指定K点所对应的能级，也就是我们常说的能带结构。E-fermi : 7.4279 XC(G=0): -13.2605 alpha+bet :-12.7584

add alpha+bet to get absolut eigen values

k-point 1 : 0.0000 0.0000 0.0000

band No. band energies occupation

1 -2.4770 2.00000

2 3.7825 2.00000

3 3.7825 2.00000

4 3.782

5 2.00000

5 5.7731 2.00000

6 5.7731 2.00000

7 22.8395 0.00000

8 27.5743 0.00000

9 27.5744 0.00000

k-point 2 : 0.0000 0.0250 0.0250 band No. band energies occupation

1 -2.4444 2.00000

2 3.7614 2.00000

3 3.7990 2.00000

4 3.7990 2.00000

5 5.7500 2.00000

6 5.7816 2.00000

7 22.8879 0.00000

8 27.4306 0.00000

9 27.5713 0.00000

…....

中间省略部分

…….

k-point 105 : 0.5000 0.5000 1.0000

band No. band energies occupation

1 0.6467 2.00000

2 1.1067 2.00000

3 7.3042 1.61813

4 7.8021 0.00814

5 7.8021 0.00814

6 9.2022 0.00000

7 15.7878 0.00000

8 18.8190 0.00000

9 18.8190 0.00000

可见，OUTCAR文件里包含了我们在KPOINTS中指定的105个K点。

将V ASP的OUTCAR里的能带信息可视化通常是个比较头疼的事，如果要将这些信息粘贴到Origin之类的软件里进行可视化，需要大量的数据格式处理。这里我们教大家用awk文本处理程序和gnuplot画图程序简单快捷地画V ASP的能带结构图。我们在这里将不详细介绍awk或者gnuplot的语法和功能，而仅仅给出一个用它们画V ASP能带图的解决方案。

第一章+金属的晶体结构作业+答案

第一章金属的晶体结构 1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性. 答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。 (2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。 (3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。 (4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。 (5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。 2、填空： 1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。 2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。 3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。 4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。 5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。 6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为（（ 140 ））. 7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为（ī10），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。 8)铜是（面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。 9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于面心立方晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六方晶格的有（ Mg、Zn ）。 3、判断 1)正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。（√） 2)金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。（×） 3) 晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。(× ) 4) 在室温下,金属的晶粒越细,则其强度愈高和塑性愈低。(×) 5) 实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 (×) 6)体心立方晶格中最密原子面是｛110｝，原子排列最密的方向也是<111> .（对） 7)面心立方晶格中最密的原子面是｛111}，原子排列最密的方向是<110>。 ( 对 ) 8)纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。 ( 错 ) 9)晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。(错) 10)纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 (错) 4、选择题 1)金属原子的结合方式是（ C ）

晶体硅电池组件EL缺陷分析

晶体硅电池组件EL缺陷分析 EL检测仪，又称太阳能组件电致发光缺陷检测仪，是跟据硅材料的电致发光原理对组件进行缺陷检测及生产工艺监控的专用测试设备。给晶体硅电池组件正向通入1-1.5倍Isc 的电流后硅片会发出1000-1100nm的红外光，测试仪下方的摄像头可以捕捉到这个波长的光并成像于电脑上。因为通电发的光与PN结中离子浓度有很大的关系，因此可以根据图像来判断硅片内部的状况。 缺陷种类一：黑心片 EL照片中黑心片是反映在通电情况下电池片中心一圈呈现黑色区域，该部分没有发出1150nm的红外光，故红外相片中反映出黑心，此类发光现象和硅衬底少数载流子浓度有关。这种电池片中心部位的电阻率偏高。 缺陷种类一：黑心片 缺陷种类二：黑团片 多晶电池片黑团主要是由于硅片供应商一再缩短晶体定向凝固时间，熔体潜热释放与热场温度梯度失配导致硅片内部位错缺陷。 缺陷种类二：黑团片 缺陷种类三：黑斑片 黑斑片一般是由于硅料受到其他杂质污染所致。通常少数载流子的寿命和污染杂质含量及位错密度有关。黑斑中心区域位错密度>107个/cm2，黑斑边缘区域位错密度>106个/cm2均为标准要求的1000～10000倍这是相当大的位错密度。

缺陷种类三：黑斑片 缺陷种类四：短路黑片 缺陷种类五：非短路黑片 短路黑片、非短路黑片成因 电池片黑片有两种，全黑的我们称之为短路黑片，通常是由于焊接造成的短路或者混入了低效电池片造成的。而边缘发亮的黑片我们称之为非短路黑片，这种电池片大多产生于单面扩散工艺或是湿法刻蚀工艺，单面扩散放反导致在背面镀膜印刷，造成是PN结反，也就是我们通常所说的N型片，这种电池片会造成IV测试曲线呈现台阶，整个组件功率和填充因子都会受到较大影响。 缺陷种类六：网格片 网格片是由于电池片在烧结过程中温度不当所致，网纹印属于0级缺陷，下图所示的网格片组件可以判为A级品。

第一章晶体结构和倒格子

第一章 晶体结构和倒格子 1. 画出下列晶体的惯用元胞和布拉菲格子，写出它们的初基元胞基矢表达式，指明各晶体的结构及两种元胞中的原子个数和配位数。 (1) 氯化钾 （2）氯化钛 （3）硅 （4）砷化镓 （5）碳化硅 （6）钽酸锂 （7）铍 （8）钼 （9）铂 2. 对于六角密积结构，初基元胞基矢为 → 1a =→→+j i a 3(2 →→→+-=j i a a 3(22 求其倒格子基矢，并判断倒格子也是六角的。 3．用倒格矢的性质证明，立方晶格的[hkl]晶向与晶面（hkl ）垂直。 4. 若轴矢→→→c b a 、、构成简单正交系，证明。晶面族（h 、k 、l ）的面间距为 2222) ()()(1c l b k a h hkl d ++= 5．用X 光衍射对Al 作结构分析时，测得从(111)面反射的波长为1.54?反射角为θ=19.20 求面间距d 111。 6．试说明：1〕劳厄方程与布拉格公式是一致的； 2〕劳厄方程亦是布里渊区界面方程； 7．在图1－49（b ）中，写出反射球面P 、Q 两点的倒格矢表达式以及所对应的晶面指数和衍射面指数。 8．求金刚石的几何结构因子，并讨论衍射面指数与衍射强度的关系。 9．说明几何结构因子S h 和坐标原点选取有关，但衍射谱线强度和坐标选择无关。 10. 能量为150eV 的电子束射到镍粉末上，镍是面心立方晶格，晶格常数为3.25×10-10m,求最小的布拉格衍射角。 附：1eV=1.602×10-19J, h=6.262×10-34J ·s, c=2.9979×108m/s 第二章 晶体结合 1．已知某晶体两相邻原子间的互作用能可表示成 n m r b r a r U +-=)( (1) 求出晶体平衡时两原子间的距离； (2) 平衡时的二原子间的互作用能； (3) 若取m=2,n=10,两原子间的平衡距离为3?,仅考虑二原子间互作用则离解能为4ev ，计算a 及b 的值； （4） 若把互作用势中排斥项b/r n 改用玻恩－梅叶表达式λexp(-r/p),并认为在平衡时对互作 用势能具有相同的贡献，求n 和p 间的关系。 2. N 对离子组成的Nacl 晶体相互作用势能为 ??????-=R e R B N R U n 024)(πεα

光致发光技术在晶体硅太阳电池缺陷检测中的应用

光致发光技术在晶体硅太阳电池缺陷检测中的应用近年来，光伏产业发展迅猛，提高效率和降低成本成为整个行业的目标。在晶体Si太阳电池的薄片化发展过程中，出现了许多严重的问题，如碎片、电池片隐裂、表面污染、电极不良等，正是这些缺陷限制了电池的光电转化效率和使用寿命。同时，由于没有完善的行业标准，Si片原材料质量也是参差不齐，一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。因此，太阳能行业需要有快速有效和准确的定位检验方法来检验生产环节可能出现的问题。 发光成像方法为太阳电池缺陷检测提供了一种非常好的解决方案，这种检测技术使用方便，类似透视的二维化面检测。本文讨论的是光致发光技术在检测晶体Si太阳电池上的应用。光致发光(photoluminescence，PL)检测过程大致包括激光被样品吸收、能量传递、光发射及CCD成像四个阶段。通常利用激光作为激发光源，提供一定能量的光子，Si片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出荧光。利用冷却的照相机镜头进行感光，将图像通过计算机显示出来。发光的强度与本位置的非平衡少数载流子的密度成正比，而缺陷处会成为少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子密度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，通过观察光致发光成像能够判断Si片或电池片是否存在缺陷。 1 实验 实验选取大量低效率电池进行研究，现举典型PL图像进行分析说明。电池所用Si片为125 mm×125 mm，厚度(200±10)μm，晶向<100>，p型CZ太阳能级Si片。PL测试仪器的基本结构如图1，激光源波长为808 nm，激光装置中带有均化光器件，使光束在测量的整个区域均匀发光。由于载流子的注入，Si片或电池片中会产生电流使其发出荧光，在波长为1 150 nm时的红外光最为显著，所以选用了适当的滤光片和摄像头组合，使波长在1 150 nm附近的荧光得以最大的通过。冷却的摄像头(-50℃)在室温暗室中可以感光并生成512×512像素的图像，曝光时间为1 s。整个实验装置由微机程序控制。虽然PL可以直接测量Si片，但为了实验的对比性，本文均采用对电池的测量图像作对比。

第一章-晶体结构

第一章 P4 问题 对14种布拉菲点阵中的体心立方，说明其中每一个阵点周围环境完全相同 答：①单看一个结晶学单胞可知，各个顶点上的阵点等价，周围环境相同。 ②将单个结晶学单胞做周期性平移后可知，该结晶学单胞中的体心阵点亦可作为其他结晶学原胞的顶点阵点，即体心阵点与顶点阵点也等价，周围环境也相同。 综上所述，体心立方中每一个阵点周围环境完全相同。 问题 在二维布拉菲点阵中，具体说明正方点阵的对称性高于长方点阵。 答：对称轴作为一种对称要素，是评判对称性高低的一种依据。正方点阵有4条对称轴而长方点阵只有两条对称轴，故正方点阵的对称性高于长方点阵。 P9 问题 晶向族与晶面族概念中，都有一个“族”字。请举一个与族有关的其他例子，看看其与晶向族、晶面族有无相似性？ 答：“上班族”、“追星族”… 它们与晶向族、晶面族的相似性在于同一族的事物都有某一相同的性质。 问题 几年前一个同学问了这样的问题：() 2πe 晶面该怎么画？你如何看待他的问题？应该指出，这位同学一定是动了脑筋的！结论是注重概念 答：晶面无意义、不存在。晶向是晶面的法向量，相同指数的晶面与晶向是一一对应的。在晶体中原子排布规则中，各阵点是以点阵常数为单位长度构成的离散空间，阵点坐标值均为整数，晶向指数也应为整数，因此晶面指数应为整数时晶面才有意义。（晶体学的面与数学意义下的面有区别，只有指数为整数的低指数面才有意义。） 问题 说明面心立方中(111)面间距最大，而体心立方中(110)面间距最大。隐含了方法 答：①面心立方中有晶面族{100}、{110}、{111}，它们的面间距分别为 因此面心立方中{111}面间距最大。 ②体心立方中有晶面族{100}、{110}、{111}，其面间距分别为 因此体心立方中{110}面间距最大。 (密排面的晶面间距最大)

浅谈晶体缺陷及其应用

浅谈晶体缺陷及其应用 1103011036 周康粉体一班 摘要：晶体缺陷对晶体的力学性能既有有利的方面，也有不利的方面。少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。 关键词：晶体缺陷; 性能; 铁磁性; 电阻; 半导体材料；杂质 引言：在讨论晶体结构时，我们认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。所有的天然和人工晶体都不是理想的完整晶体，它们的许多性质往往并不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述。 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年弗仑克尔l首先指出，在任一温度

下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷. 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。2..线缺陷（一维缺陷）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 1.2.2、按缺陷产生的原因分类： 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。

晶体硅的应用

晶体硅 硅根据结晶形态可以分为无定形硅、多晶硅和单晶硅等几大类。晶体硅具有明显的金属光泽，呈灰色，密度2.32~2.34g/cm3，熔点1410℃，沸点2355℃，具有金刚石的晶体结构，电离能8.151电子伏特。加热下能同单质的卤素、氮、碳等非金属作用，也能同某些金属如Mg、Ca、Fe、Pt等作用。生成硅化物。不溶于一般无机酸中，可溶于碱溶液中，并有氢气放出，形成相应的碱金属硅酸盐溶液，于赤热温度下，与水蒸气能发生作用。硅在自然界分布很广，在地壳中的原子百分含量为16.7%。是组成岩石矿物的一个基本元素，以石英砂和硅酸盐出现。 单晶硅具有基本完整的点阵结构的晶体。不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999％，甚至达到99.9999999％以上，高于多晶硅。 多晶硅材料是由许多具有不同晶向的小颗粒单晶硅组成。在小颗粒的单晶晶粒内部硅原子呈周期性有序排列。多晶硅与单晶硅的主要区别是不同晶间的单晶晶粒问存在晶粒间界，所谓的晶粒间界是指晶粒问的过渡区。结构复杂，硅原子呈无序排列，存在着能在禁带中引入深能级缺陷的杂质。一方面，作为界面态耗尽了晶界附近的载流子，形成具有一定宽度的耗尽层和势垒：另一方面，作为复合中心俘获电子和空穴。晶界势垒阻碍载流子的传输，又增大了串联电阻，对填充因子不利。晶界的复合损失减低了收集几率，对开路电压和短路电流不利，从而影响太阳电池的转换效率。 晶体硅的制备方法大致是先用碳还原SiO2成为Si，用HCl反应再提纯获得更高纯度多晶硅。制备单晶硅通常是先制得多晶硅或无定形硅，然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒状单晶硅。再通过后续的开方、切片、腐蚀、抛光等一系列的加工，最终得到可用于制造各类硅晶制品的基础原材料。 晶体硅因其具有准金属的物理性质，有较弱的导电性，其电导率随温度的升高而增加，有显著的半导电性。超纯的单晶硅是本征半导体，在超纯单晶硅中掺入微量的IIIA族元素，如硼可提高其导电的程度，而形成P型硅半导体;如掺入微量的V A族元素，如磷或砷也可提高导电程度，形成n型硅半导体硅是优良的半导体材料，因此被广泛地应用于制造半导体制品、电子芯片和太阳能电池板等领域。 1，半导体材料 由于硅半导体耐高电压、耐高温、晶带宽度大，比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强等优点，因此被广泛用于电子工业集成电路的生产中。高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成P型硅半导体另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管和各种集成电路（包括我们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。 2，太阳能光伏电池板 多晶硅可以直接用于制造太阳能光伏电池板，或加工成单晶硅后再用于制造光伏电池板。先将硅料铸锭、切片或直接用单晶硅棒切片，再通过在硅片上掺杂和扩散形成PN结，然后采用丝网印刷法，将银浆印在硅片上做成栅线，经过烧结，同时制成背电极，并在有栅线的面上涂减反射膜等一系列工艺加工成太阳能电池单体片，最后按需要组装成太阳能电池板。目前，硅光伏电池占世界光伏电池总产量的98％以上，其中多晶硅电池约占55％，单晶硅电池约占36％，其它硅材料电池约占70％。由于多晶硅光伏电池的制造成本较低，光电转换效率较高(接近20％)，因而得到快速发展。

第一章 晶体结构

第一章晶体结构

第一章晶体结构 本章首先从晶体结构的周期性出发，来阐述完整晶体中离子、原子或分子的排列规律。然后，简略的阐述一下晶体的对称性与晶面指数的特征，介绍一下倒格子的概念。 §1.1晶体的周期性 一、晶体结构的周期性 1．周期性的定义 从X射线研究的结果，我们知道晶体是由离子、原子或分子（统称为粒子）有规律地排列而成的。晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质成为晶体结构的周期性。 周期性：晶体中微粒的排列按照一定的方式不断的做周期性重复，这样的性质成为 晶体结构的周期性。 晶体结构的周期性可由X-Ray衍射直接证实，这种性质是晶体最基本或最本质的特征。（非晶态固体不具备结构的周期性。非晶态的定义等略），在其后的学习中可发现，这种基本 2

3 a a 2 a 图1.1 晶格 性质对固体物理的学习具有重要的意义或是后续学习的重要基础。 2．晶格 格点和点阵 晶格：晶体中微粒重心，做周期性的排列所组成的骨架，称为晶格。 微粒重心所处的位置称为晶格的格点（或结点）。 格点的总体称为点阵。 整个晶体的结构，可看成是由格点沿空间三个不同方向， 各自按一定距离周期性平移而构成。每个平移的距离称为周期。 在某一特定方向上有一定周期，在不同方向上周期不一定相同。 晶体通常被认为具有周期性和对称性，其中周期性最为本质。对称性其实质是来源于周期性。故周期性是最为基本的对称性，即“平移对称性”（当然，有更为复杂或多样的对称性，但周期性或平移对称性是共同的）。

4 3．平移矢量和晶胞 据上所述，基本晶体的周期性，我们可以在晶体中选取一定的单元，只要将其不断地重复平移，其每次的位移为a 1，a 2，a 3，就可以得到整个晶格。则→ 1a ，→ 2a ，→ 3 a 就代表重复单元的三 个棱边之长及其取向的矢量，称为平移矢量，这种重复单元称为晶胞，其基本特性为：⑴晶胞平行堆积在一起，可以充满整个晶体 ⑵任何两个晶胞的对应点上，晶体的物理性质相同，即： ()? ? ? ??+++=→ →→332211a n a n a n r Q r Q 其中→ r 为晶胞中任一点的位置矢量。Q 代表晶体中某一种物理性质，n 1、n 2、n 3为整数。 二、晶胞的选取 可采用不同的选取方法选取晶胞和平移矢量，其结果都可以得到完全一样的晶格。不同选取方法着眼点有所不同。 固体物理学：①．选取体积最小的晶胞，称为元胞 ②．格点只在顶角上，内部和面

第一章__金属的晶体结构习题答案

第一章 金属得晶体结构 (一)填空题 3．金属晶体中常见得点缺陷就是 空位、间隙原子与置换原子 ，最主要得面缺陷就是 。 4．位错密度就是指 单位体积中所包含得位错线得总长度 ，其数学表达式为V L =ρ。 5．表示晶体中原子排列形式得空间格子叫做 晶格 ，而晶胞就是指 从晶格中选取一个能够完全反应晶格特征得最小几何单元 。 6．在常见金属晶格中，原子排列最密得晶向，体心立方晶格就是 [111] ，而面心立方晶格就是 [110] 。 7 晶体在不同晶向上得性能就是 不同得 ，这就就是单晶体得 各向 异性现象。一般结构用金属为 多 晶体，在各个方向上性能 相同 ，这就就是实际金属得 伪等向性 现象。 8 实际金属存在有 点缺陷 、 线缺陷 与 面缺陷 三种缺陷。 位错就是 线 缺陷。 9．常温下使用得金属材料以 细 晶粒为好。而高温下使用得金属 材料在一定范围内以粗 晶粒为好。 10．金属常见得晶格类型就是 面心立方、 体心立方 、 密排六方 。 11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1， 1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB 晶向指数为10]1[- ，OC 晶向指数为[221] ，OD 晶向指数为 [121] 。 12．铜就是 面心 结构得金属，它得最密排面就是 ｛111｝ ， 若铜得晶格常数a=0、36nm,那么最密排面上原子间距为 0、509nm 。 13 α-Fe 、γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Cr 、V 、Mg 、Zn 中属于体心立方 晶格得有 α-Fe 、Cr 、V ，属于面心立方晶格得有 γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 ，属于密排六方晶格得有 Mg 、Zn 。 14．已知Cu 得原子直径为0．256nm ，那么铜得晶格常数为 。 1mm 3Cu 中得原子数为 。 15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)与(1/2，0，1/2)三点，这个晶 面得晶面指数为 、 16．在立方晶系中，某晶面在x 轴上得截距为2，在y 轴上得截距为 1/2；与z 轴平行，则该晶面指数为 （140） 、 17．金属具有良好得导电性、导热性、塑性与金属光泽主要就是因为 金属原子具有 金属键 得结合方式。 18．同素异构转变就是指 当外部条件（如温度与压强）改变时，金

半导体晶体缺陷

半导体晶体缺陷 创建时间：2008-08-02 半导体晶体缺陷(crystal defect of semiconductor) 半导体晶体中偏离完整结构的区域称为晶体缺陷。按其延展的尺度可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，这4类缺陷都属于结构缺陷。根据缺陷产生的原因可分为原生缺陷和二次缺陷。从化学的观点看，晶体中的杂质也是缺陷，杂质还可与上述结构缺陷相互作用形成复杂的缺陷。一般情况下，晶体缺陷是指结构缺陷。 点缺陷(零维缺陷)主要是空位、间隙原子、反位缺陷和点缺陷复合缺陷。 空位格点上的原子离开平衡位置，在晶格中形成的空格点称为空位。离位原子如转移到晶体表面，在晶格内部所形成的空位，称肖特基空位；原子转移到晶格的间隙位置所形成的空位称弗兰克尔空位。 间隙原子位于格点之间间隙位置的原子。当其为晶体基质原子时称为自间隙原子，化合物半导体MX晶体中的白间隙原子有Mi、Xi两种。 反位缺陷化合物半导体晶体MX中，X占M位，或M占X位所形成的缺陷，记作M X ，X M 。 点缺陷的复合各种点缺陷常可形成更复杂的缺陷，空位或间隙原子常可聚集成团，这些团又可崩塌成位错环等。例如硅单晶中有：双空位、F中心(空位-束缚电子复合体)，E中心(空位-P原子对)，SiO 2团(空位-氧复合体)，雾缺陷(点缺陷-金属杂质复合体)。 硅单晶中主要点缺陷有空位、自间隙原子、间隙氧、替位碳、替位硼、替位铜，间隙铜等。 化合物如GaAs单晶中点缺陷有镓空位(v Ga )、砷空位(V As )、间隙镓(G ai )，间隙砷(A Si )、镓占砷位(As Ga )、 砷占镓位(Ga As )等，这些缺陷与缺陷、缺陷与杂质之间发生相互作用可形成各种复合体。 GaAs中的深能级。砷占镓位一镓空位复合体(As Ga v Ga )、镓占砷位一镓空位复合体(Ga As v Ga )在GaAs中形 成所谓A能级(0.40eV)和B能级(0.71eV)分别称作HB 2、HB 5 ，它们与EL 2 是三个GaAs中较重要的深能级， 这些深能级与某类缺陷或缺陷之间反应产物有关，EL 2是反位缺陷AsGa或其复合体As Ga v Ga V As 所形成，为非 掺杂半绝缘GaAs单晶和GaAs VPE材料中的一个主要深能级，能级位置是导带下0.82eV(也可能由一族深能级所构成)，其浓度为1016cm-3数量级，与材料的化学配比和掺杂浓度有关。 线缺陷(一维缺陷)半导体晶体中的线缺陷主要是位错。晶体生长过程中由于热应力(或其他外力)作用，使晶体中某一部分(沿滑移面)发生滑移，已滑移区与未滑移区的分界线叫位错线，简称为位错。以位错线与其柏格斯矢量的相对取向来区分位错的类型，两者相互垂直叫刃型位错，两者平行的叫螺型位错，否则叫混合位错。混合位错中较常见的有60℃位错，30℃位错。 滑移了一个原子间距所形成的位错又叫全位错，否则叫不全位错。 由于形成直线位错所需能量较高，因此晶体中的位错大都是位错环；位错环又分棱柱位错环和切变位错环两种。

二氧化硅晶体结构

(2)乙酸与醇反应生成乙酸酯,若产物为 (CH 3O O n R ,变式为(CH 2CO )n ·R (OH )n ,从式子 可看出,生成的酯比相应的醇的分子量增加42n ,若为一元醇则增加42。 五、从反应前后碳链结构看 在下列一系列变化中,分子中的碳链结构不变化:醇醛羧酸酯 所以酯中酯键两侧的碳骨架仍保持着醇的碳骨架 和酸的碳骨架。醇与它自身氧化成的羧酸酯化反应生 成的酯,酯键两侧碳数相同,碳骨架也相同。 六、从酯的特殊性看 甲酸酯中仍有醛基:H C O O R ,所以甲酸酯 能够发生银镜反应,等等,表现出醛的一些性质,同时它有酯的通性。另外,甲酸酯 水解生成甲酸或甲酸盐,所以其产物仍能发生银镜反应。 二氧化硅晶体结构 湖南衡阳县一中(421200)　陈吉秋 一、二氧化硅晶体平面 示意图 高级中学课本化学第二册P6有二氧化硅晶体平面示意图(见图1)。该图说明二氧化硅不是由单个“SiO 2”的 分子所组成的分子晶体,而是一种原子晶体。一个Si 原子跟4个O 原子形成4个共价 键。同时,一个氧原子又跟两个Si 原子形成两个共价键。但该图也有两处不足:①该图并没有反映出二氧化硅真实的三维空间结构。②该图中最小环上是4个Si 原子与4个O 原子交替连结,而实际上二氧化硅晶体中, 最小环上是6个Si 原子与6个O 原子交替连接。 二、二氧化硅晶体空间结构1.硅晶体结构 硅晶体结构与金刚石结构相似(见图2),在硅晶体中,每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围,处于4个硅原子的中心,以共价键跟这4个硅原子结合,成为正四面体结构,这些正四面体结构向空间发展,构成一种坚实的,彼此联结的空间网状晶体。 2.二氧化硅晶体结构 如果在硅的晶体结构示意图中,将所有的Si -Si 键断裂,再在Si 原子与Si 原子之间连一个原子(每个O 原子形成的两个Si -O 键的键角不是180°)就可得到二氧化硅晶体结构示意图(见图3)。 因此,在二氧化硅晶体中,每个硅原子被相邻的4个氧原子包围,处于4个O 原子中心, 以共价键跟这4 个氧原子结合,成为正四面体结构(见图4)。 每个O 原子为两个四面体所共有(见图5)。 这样,许许多多四面体又通过顶点O 原子连成一个整体(见图6),在二氧化硅晶体中最小环上有6个O 原子和6个未画出的Si 原子以Si -O 键交替相连(见图6)。由图3与图7也可得出这个结论。 33 释疑解难★

第一章 金属的晶体结构

第一章金属的晶体结构 1-1. 作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[211],[346]晶向。 附图1-1 有关晶面及晶向 1-2、立方晶系的{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。 {111}=（111）+（111）+（111）+（111） （111）与（111）两个晶面指数的数字与顺序完全相同而符号相反，这两个晶面相互平行，相当于用-1乘某一晶面指数中的各个数字。 1-3 （题目见教材） 解：x方向截距为5a，y方向截距为2a，z方向截距为3c=3 2a/3=2a。 取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a，1/2a

化为最小简单整数分别为2，5，5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5） 1-4 （题目见课件） 解：（100）面间距为a/2；（110）面间距为2a/2；（111）面间距为3a/3。 三个晶面中面间距最大的晶面为（110）。 1-5 （题目见课件） 解：方法同1-4题 1-7 证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。 证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内 的原子相切，构成正四面体，如图所示。 则OD= 2 c ，AB=BC=CA=AD=BD=CD=a 因?ABC 是等边三角形，所以有OC=3 2CE 因(BC)2 =(CE)2 +(BE) 2 则CE=23a ，OC=32×23a =3 3 a 又(CD)2 =(OC)2 +( 21c )2，即(CD)2=(3 3a )2+(21c )2=(a )2 因此， a c =3 8≈1.633 1-8 解：面心立方八面体间隙半径 r=a/2-2a/4=0.146a ， 面心立方原子半径R=2a/4，则a=4R/2，代入上试有

硅的晶体结构

自然界物质存在的形态有气态物质、液态物质和固态物质。固态物质可根据它们 的质点(原子、离子和分子)排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定的熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点、加热时在某一温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。 所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列，叫晶体的点阵或晶体格子，简称为晶格。最小的晶格，称为晶胞。晶胞的各向长度，称为品格常数。将晶格周期地重复排列起来，就构成为整个晶体。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体(即晶粒)组成的晶体，称为多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的原子排列顺序的位向是不同的。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，而是“短程有序、长程无序’’的排列，所以又称为无定形态。一般的硅棒是单晶硅，粗制硅(冶金硅)和利用蒸发或气相沉积制成的硅薄膜为多晶硅，也可以为无定形硅。 硅(S1)的原子序数为14，即它的原子核周围有14个电子。这些电子围绕着原子核按一层层的轨道分布，第一层2个，第二层8个，剩下的4个排在第三层，如图所示。另图为硅的晶胞结构。它可以看作是两个面心立方晶胞沿对角线方向上位移1／4互相套构而成。这种结构被称为金刚石式结构。硅(Si)锗(Ge)等重要半导体均为金刚石式结构。1个硅原子和4个相邻的硅原子由共价键联结，这 4个硅原子恰好在正四面体的4个顶角上，而四面体的中心是另一硅原子。 硅单晶的制备方法：按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)法与有坩埚直拉(CZ)法。区熔拉制的单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧/厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧/厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。

第一章 金属的晶体结构习题答案

第一章 金属的晶体结构 (一)填空题 3．金属晶体中常见的点缺陷是 空位、间隙原子和置换原子 ，最主要的面缺陷是 。 4．位错密度是指 单位体积中所包含的位错线的总长度 ，其数学表达式为V L =ρ。 5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做 晶格 ，而晶胞是指 从晶格中选取一个能够完全反应晶格特征的最小几何单元 。 6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是 [111] ，而面心立方 晶格是 [110] 。 7 晶体在不同晶向上的性能是 不同的 ，这就是单晶体的 各向异性现象。一般结构用金属 为 多 晶体，在各个方向上性能 相同 ，这就是实际金属的 伪等向性 现象。 8 实际金属存在有 点缺陷 、 线缺陷 和 面缺陷 三种缺陷。位错是 线 缺陷。 9．常温下使用的金属材料以 细 晶粒为好。而高温下使用的金属材料在一定范围内以粗 晶粒为好。 10．金属常见的晶格类型是 面心立方、 体心立方 、 密排六方 。 11．在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)， 那么AB 晶向指数为10]1[- ，OC 晶向指数为[221] ，OD 晶向指数为 [121] 。 12．铜是 面心 结构的金属，它的最密排面是 ｛111｝ ，若铜的晶格常数a=0.36nm, 那么最密排面上原子间距为 0.509nm 。 13 α-Fe 、γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Cr 、V 、Mg 、Zn 中属于体心立方晶格的有 α-Fe 、Cr 、 V ，属于面心立方晶格的有 γ-Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 ，属于密排六方晶格的有 Mg 、 Zn 。 14．已知Cu 的原子直径为0．256nm ，那么铜的晶格常数为 。1mm 3Cu 中的原子数 为 。 15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为 . 16．在立方晶系中，某晶面在x 轴上的截距为2，在y 轴上的截距为1/2；与z 轴平行，则 该晶面指数为 （140） . 17．金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有 金属键 的 结合方式。 18．同素异构转变是指 当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种金属内部由 一种晶体结构向另一种晶体结构的转变 。纯铁在 温度发生 和 多晶型转变。 19．在常温下铁的原子直径为0．256nm ，那么铁的晶格常数为 。 20．金属原子结构的特点是 。 21．物质的原子间结合键主要包括 离子键 、 共价键 和 金属键 三种。 (二)判断题 1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的性能也是不 相同的。 (N) 2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。 ( N) 3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同 4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。 Y 5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。N 6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。 7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。N 8．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe 向γ-Fe 的转变。 ( Y ) 9．面心立方晶格中最密的原子面是111}，原子排列最密的方向也是<111>。 ( N ) 10．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。 ( Y ) 11．纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。 ( N ) 12．实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。 ( Y ) 13．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。N

-晶体硅太阳能电池的缺陷检测及分析

第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（晶体硅材料及电池） 晶体硅太阳能电池的缺陷检测及分析 李召彬李召彬 王祺王祺 丁娈丁娈 季亦菲 （中电电气（南京）光伏有限公司 211100） 摘要：针对晶体硅太阳电池缺陷的检测问题，利用多种测试设备（EL 、PL 、Corescan 等），在电池制作的主要工序段（扩散、镀膜、印刷、烧结）对硅片和电池片进行检测，归纳和总结了电池的各种典型缺陷的成因，利用这些检测手段和分析结果，能够及时有效地反馈生产过程中产生的缺陷类型，有利于生产工艺的改进和质量的控制。 关键词：晶体硅太阳电池 缺陷 检测 分析 1、引言 在大规模应用和工业生产中,晶硅太阳能电池占主导地位，其在制造过程中通常采用制绒、扩散、刻蚀、PECVD 、印刷、烧结几道工序，由于一些机械应力、热应力及人为等不稳定因素的存在，会不可避免的造成硅片的一些隐性缺陷如污染、裂纹、扩散不均匀等，这类缺陷的存在大大降低了电池片的光电转换效率，导致公司增加经济损失。利用多种测试设备如EL 、PL 、corescan 等检测硅片、半成品电池及成品电池存在的各种隐形缺陷，改善工艺参数，降低产品的不合格率，为公司提高成品率，大大的降低成本。 2、检测设备检测设备工作原理工作原理 2.1 光致发光光致发光（（PL ） PL 是检测原材料的有效方法，如Fig.2-1所示，以大于半导体硅片禁带宽度的光作为激发手段，激发硅中的载流子，当撤去光源后，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，这一过程中会释放波长为 1100nm 的光子，光子被灵敏的CCD 相机捕获，得到硅片的辐射复合图像[1]。 Fig.2-1 光致发光 2.2 电致发光电致发光（（EL ） EL 与PL 工作原理相似，但不同之处在于激发非平衡载流子的方式不同，即在电池的正向偏压下，注入非平衡载流子（Fig.2-2）。 Fig.2-2 电致发光 2.3 微波光电导衰微波光电导衰减减法（u-PCD ） u-PCD 主要包括904nm 的激光注入产生电子-空穴对（Fig.2-3a ），导致样品的电导率

硅酸盐物理化学 第一章 晶体结构基础

硅酸盐物理化学第一章晶体结构基础

第一章晶体结构基础 晶体的概念一切晶体不论其外形如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是有规律排列的。严格说对晶体的定义是：晶体是内部质点在三维空间 成周期性重复排列的固体；或者说，晶体是具有格子构造的固体。 空间点阵及特点任何一种晶体，不管它有多少种类的质点，也不管它们在二维空间排布的具体形式如何复杂，其晶体内部结构的最基本的特征都是质 点在三维空间作有规律的周期重复。空间点阵是表示晶体结构中质点重 复规律的几何图形。特点为周期重复性，或说平移对称性。用数学矢量 形式来表达这个周期重复的性质，即 Ｔ＝ｍa＋nb＋pc （ｍ，n，p＝0，±1，±2……任意整数） 空间点阵有下列几种要素：结点行列面网平行六面体 晶体的基本性质结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。 晶体的宏观对称性晶体的宏观对称性就是晶体外形所包围的点阵结构的对称性。 晶体的宏观对称性来源于点阵结构的对称性。 宏观对称操作和对称要素 （1）反映和反映（或对称）面国际符号m （2）旋转和旋转（对称）轴国际符号l、2、3、4、6 （3）反演和对称中心国际符号ｉ （4）旋转反演和对称反轴国际符号1、2、3、4、6 独立的宏观基本对称要素只有8种，即1、2、3、4、6、i、m、4。 点群一个结晶多面体所有的全部宏观对称要素的集合，称为该结晶多面体的点群。实际上晶体只有32种不同的组合，也就是只可能有32种点群。所有 晶体的对称群都在这32种点群之内。 点群的国际符号用三个主要晶向上的对称要素组成。 晶族和晶系一切晶体的对称元素组合均不能超越32种点群范围，按其对称特点对晶体进行合理的科学的分类。根据晶体是否具有高次轴而将其分为三大 晶族；根据主轴的轴次再将其分为七大晶系。 平行六面体的选取空间点阵是一个由无限多结点在三维空间作规则排列的图形。为了描述这个空间点阵，我们可以用三组不在同一个平面上的平行 线将全部结点连接起来。这样，整个空间点阵就被这些平行线分割成一 个个紧紧地排列在一起的平行六面体了。空间点阵也可以看成是平行六 面体在空间三个方向按各自的等同周期平移堆积的结果。 2

浅谈晶体缺陷及其应用

浅谈晶体缺陷及其应用 摘要：晶体缺陷对晶体的力学性能既有有利的方面，也有不利的方面。少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。关键词：晶体缺陷; 性能; 铁磁性; 电阻; 半导体材料；杂质 引言：在讨论晶体结构时，我们认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。所有的天然和人工晶体都不是理想的完整晶体，它们的许多性质往往并不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶体缺陷。 晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述。 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年弗仑克尔l首先指出，在任一温度下，实际晶体的原子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷. 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。包 括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 2..线缺陷（一维缺陷）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。 4.体缺陷：也称为三维缺陷，指晶体中在三维方向上相对尺度比较大的缺陷，和基质晶体已经不属于同一物相，是异相缺陷。 固体材料中最基本和最重要的晶体缺陷是点缺陷，包括本征缺陷和杂质缺陷等。 1.2.2、按缺陷产生的原因分类： 热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷、其它原因（如电荷缺陷，辐照缺陷等）。 1.热缺陷

晶体缺陷及其应用

晶体缺陷及其应用 摘要 少量晶体缺陷对于晶体的物理性能能够产生重要影响，所以可以根据不同的晶体缺陷，开发利用其产生的影响，充分发挥可能产生的作用，研究并制备具有不同性能的材料，以适应人们不同的实际需要和时代的发展需求。 关键词 晶体缺陷性能铁磁性电阻半导体材料 引言 在讨论晶体结构时，我们认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质 点按照一定的点阵结构排列。这是一种理想的完美晶体，它在现实中并不存在，只 作为理论研究模型。相反，偏离理想状态的不完整晶体，即有某些缺陷的晶体，具 有重要的理论研究意义和实际应用价值。所有的天然和人工晶体都不是理想的完整 晶体，它们的许多性质往往并不决定于原子的规则排列，而决定于不规则排列的晶 体缺陷。 晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等均 有着极大影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学 等领域的重要基础内容。研究晶体缺陷因此具有了尤其重要的意义。本文着重对晶体缺陷及其对晶体的影响和应用进行阐述。 1.晶体缺陷的定义和分类 1.1 晶体缺陷的定义 在理想的晶体结构中，所有的原子、离子或分子都处于规则的点阵结构的位置上，也就是平衡位置上。1926 年Frenkel 首先指出，在任一温度下，实际晶体的原 子排列都不会是完整的点阵，即晶体中一些区域的原子的正规排列遭到破坏而失去 正常的相邻关系。我们把实际晶体中偏离理想完整点阵的部位或结构称为晶体缺陷（defects of crystals）[1]。 1.2 晶体缺陷的分类 1.2.1、按缺陷的几何形态分类可分为四类：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 1.点缺陷（零维缺陷）：缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸 都很小。包括：空位（vacancy）、间隙原子（interstitial particle）、异类原子（foreign particle）。 点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。 2..线缺陷（一维缺陷）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。 3.面缺陷：面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维方向上很小。如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。[2] 4.体缺陷 也称为三维缺陷，指晶体中在三维方向上相对尺度比较大的缺陷，和基质晶体