材料科学基础 课后题第三章 习题解答

第三章习题解答

3，7，10，11，25

3/113、非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？

解答：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩，产生金属离子过剩（n 型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩，产生负离子过剩（p 型）半导体。

、说明下列符号的含义：

6/113

解答：钠原子空位，

钠离子空位、带一个单位负电荷，

氯离子空位、带一个单位正电荷，

最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心，

Ca2+占据K位置、带一个单位正电荷，

Ca原子位于Ca原子位置上，

Ca2+处于晶格间隙位置。

1

2

7/113、写出下列缺陷反应式：（l ）NaCl 溶入CaCl 2中形成空位型固溶体；

（2）CaCl 2溶入NaCl 中形成空位型固溶体；（3）NaCl 形成肖特基缺陷；

（4）AgI 形成弗伦克尔缺陷（Ag +进入间隙）。

解答：

（l ）NaCl 溶入CaCl 2中形成空位型固溶体

?++??→?Cl Cl Ca CaCl V Cl Na' NaCl 2

（2）CaCl 2 溶入NaCl 中形成空位型固溶体

'N a Cl N a N aCl 2V Cl 2Ca CaCl ++??→??

（3）NaCl 形成肖特基缺陷

?+→Cl N a 'V V O

（4）Agl 形成弗伦克尔缺陷（Ag +进入间隙）

A g 'i A g V Ag Ag +→?

10/113、MgO 晶体的肖特基缺陷生成能为84kJ/mol ，计算该晶体1000K 和1500K 的缺陷浓度。（答：6.4×10-3，3.5×10-2）。

解答：

n/N = exp(-E/2RT)，R=8.314，

T=1000K ：n/N=6.4×10-3；

T=1500K ：n/N=3.5×10-2。

3

11/113、非化学计量化合物 Fe x O 中，Fe 3+/Fe 2+ ＝ 0.1，求 Fe x O 中的空位浓度及x 值。（答： 2.25×10－5；0.956）

解答：'

'Fe O Fe FeO 32V O 32Fe O Fe ++?→??

y 2y y

Fe 3+2y Fe 2+1-3y O

1.0312=-y y

2y = 0.1-0.3y y = 0.1/2.3 = 0.0435

0435.0=y

x = 1-y = 0.9565 Fe 0.9565O

--------- 2

''1022.29565.010435

.011][-?=+=+-=x x

V Fe

25/113、某种NiO 是非化学计量的，如果NiO 中Ni 3+／Ni 2+＝10－4，问每立方米中有多少载流子？

解答：设非化学计量化合物为Ni x O ，

'

'N i O N i N iO 32V 3O 2Ni O Ni ++??→??

y 2y y

Ni 3+2y Ni 2+1-3y O

Ni 3+/Ni 2+=2y/（1-3y ）=10-4

则 y=5×10-5， x=1-y=0.99995， Ni 0.99995

载流子浓度即为空位浓度：['

'Ni V ] = y/1+x = =2.5×10-5（数量比）。