第2節(jié) 點(diǎn)缺陷(1)

    5.2.1 分類

     1. 按照位置和成分分類
     1）空位：正常結(jié)點(diǎn)沒有被原子或離子所占據(jù)，成為空結(jié)點(diǎn)，稱為空位或空穴，參見圖5-1。
    
     2）填隙質(zhì)點(diǎn)：原子或離子進(jìn)入晶體中正常結(jié)點(diǎn)之間的間隙位置，成為填隙原子（或離子）或間隙原子（或離子）。從成分上看，填隙質(zhì)點(diǎn)可以是晶體自身的質(zhì)點(diǎn)，也可以是外來雜質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)，參見圖5-2。
    3）雜質(zhì)缺陷：外來雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入晶體中就會(huì)生成雜質(zhì)缺陷，從位置上看，它可以進(jìn)入結(jié)點(diǎn)位置，也可以進(jìn)入間隙位置，參見圖5-3。雜質(zhì)原子（或離子）如取代原來晶格中的原子（或離子）而進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的位置，稱為取代原子（或離子）；雜質(zhì)原子（或離子）如進(jìn)入結(jié)點(diǎn)之間的間隙位置，那么生成間隙式雜質(zhì)原子（或離子）。雜質(zhì)進(jìn)入晶體中可以看成是一個(gè)溶解過程，雜質(zhì)為溶質(zhì)，原來晶體為溶劑，這種溶解了雜質(zhì)原子（或離子）的晶體稱為固體溶液，簡稱固溶體，將在后面章節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。
            
  2. 按照缺陷產(chǎn)生原因分類
    1）熱缺陷：當(dāng)晶體的溫度高于0K時(shí)，由于晶格上質(zhì)點(diǎn)熱振動(dòng)，使一部分能量較高的質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置而造成缺陷，這種缺陷稱為熱缺陷。熱缺陷有兩種形式：弗侖克爾缺陷（Frenkel）和肖特基缺陷（Schottky）。
          
     （1）弗侖克爾缺陷：在晶格熱振動(dòng)時(shí)，一些能量較大的質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置后，進(jìn)入到間隙位置，形成間隙質(zhì)點(diǎn)，而在原來位置上形成空位，這種缺陷稱為弗侖克爾缺陷，如圖5-4(a)所示。它的特點(diǎn)是間隙質(zhì)點(diǎn)與空位總是成對(duì)出現(xiàn)。
    從能量狀態(tài)分析，間隙質(zhì)點(diǎn)的能量要高于結(jié)點(diǎn)位置上的能量，因此形成弗侖克爾缺陷需要克服較高的位壘。由于間隙質(zhì)點(diǎn)能態(tài)高，因而它處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)其周圍存在空位時(shí)，就有可能重新與空位復(fù)合，回到能態(tài)較低的結(jié)點(diǎn)平衡位置。為了實(shí)現(xiàn)與空位復(fù)合，它仍然需要克服一定的勢(shì)壘u（見圖5-5）。間隙質(zhì)點(diǎn)也有可能獲得足夠能量遷移到鄰近其他間隙位置。在一定溫度下，對(duì)一定材料來說，弗侖克爾缺陷的數(shù)目是一定的，并且無規(guī)則地均勻分布在整個(gè)晶體材料中。
    （2）肖特基缺陷：如果正常格點(diǎn)上的質(zhì)點(diǎn)，在熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置遷移到晶體的表面，而在晶體內(nèi)部正常格點(diǎn)上留下空位，這種缺陷稱為肖特基缺陷，如圖5-4(b)所示。肖特基缺陷和弗侖克爾缺陷之間的一個(gè)重要差別，就在于肖特基缺陷的生成需要一個(gè)像晶界、位錯(cuò)或者表面之類的晶格排列混亂的區(qū)域，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)離開各自的位置，遷移到表面或者晶界，但不是一步就遷移過去，而是一個(gè)逐漸傳遞接力的過程，因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)每次遷移的自由行程一般為質(zhì)點(diǎn)間距數(shù)量級(jí)。
    離子晶體生成肖特基缺陷時(shí)，為了保持晶體電中性，正離子空位和負(fù)離于空位是按照分子式同時(shí)成對(duì)產(chǎn)生的，同時(shí)伴隨晶體體積的增加，這是肖特基缺陷的特點(diǎn)。
    肖特基缺陷在晶體內(nèi)也能運(yùn)動(dòng)，也存在產(chǎn)生與復(fù)合的動(dòng)平衡，對(duì)某一晶體來說在確定溫度下，肖脫基缺陷的濃度也是一定的。由于肖脫基缺陷只產(chǎn)生空位，因此其形成能較低，對(duì)大多數(shù)晶體來說，這種缺陷是主要的。