α-Al2O3中本征点缺陷及点缺陷反应新探

摘要

采用第一性原理平面波赝势计算研究了α-Al2O3中本征点缺陷如空位、间隙和反位原子的电荷态及能量.结果表明,在α-Al2O3中,本征点缺陷的平衡稳定价态并非均为其满价态,而分别为VAl3-,Vo0,Ali3+,Oi2-,Alo3+和OAl3-.从点缺陷的形成能看,富氧条件下α-Al2O3中易形成反位原子OAl,而通常认为其很难在α-Al2O3中形成.结合本征点缺陷的电荷态及形成能,发现α-Al2O3中形成肖特基、弗伦克尔和反位对的缺陷类型与氧环境有关.最稳定的肖特基缺陷类型并非通常认为的{3Vo2+:2VAl3-}.在两种氧条件下,均形成了两种可能的氧弗伦克尔缺陷,但最稳定的缺陷为{Oi1+:Vo1-}而非通常认为的{Oi2+:Vo2-}.反位原子、肖特基和弗伦克尔缺陷的构型和电荷态与通常观点不一致,为α-Al2O3中的本征点缺陷及缺陷反应给出了新见解.