晶体缺陷及其应用
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。
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
定义:热缺陷亦称为本征缺陷,是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点(原子或离子)。
类型:弗仑克尔缺陷(Frenkel defect)和肖脱基缺陷(Schottky defect)
热缺陷浓度与温度的关系:温度升高时,热缺陷浓度增加
2.杂质缺陷
定义:亦称为组成缺陷,是由外加杂质的引入所产生的缺陷。
特征:如果杂质的含量在固溶体的溶解度范围内,则杂质缺陷的浓度与温度无关。
3.非化学计量缺陷
定义:指组成上偏离化学中的定比定律所形成的缺陷。它是由基质晶体与介质中的某些组分发生交换而产生。
特点:其化学组成随周围气氛的性质及其分压大小而变化。[3]
2. 晶体缺陷对物理性能的影响
缺陷的存在破坏了晶体结构的完整,对其性能有严重影响。我们分别从一下个方面进行讨论。
2.1 晶体电阻缺陷与晶体电学性能
2.1.1 晶体电阻
电阻就其物理意义来说是表征电子在运动过程中它所处的状态被改变的几率。实际上位于晶体阵点上的原子(或离子实)是不断地振动着的,它与电子相互作用使电子状态发生改变,因此金属晶体有电阻,而且温度愈高电阻愈大。而由于晶体缺陷的存在使得离子偏离平衡位置,从而使晶体存在缺陷电阻。
2.1.2 点缺陷电阻
缺陷根据其特性会从三方面影响晶体的周期场。(1)缺陷所在处的荷电量一般说来与基体离子的不同,故在缺陷附近形成了屏蔽场。(2)因杂质原子与基体原子大小不同或因空位形成而使周围原子发生位移,或因基体原子脱离点阵位置而成为间隙原子都会形成附加位一称为变型位。(3)即使替代原子与基体原子的原子价相同,原子大小相近,由于各自的原子位有差别,其附近的晶体周期场也会受到破坏。这些也都能产生相应的电阻。
此外还有位错电阻,但位错电阻至今尚未精确计算过,主要问题在于散射位的探求较困难。
2.2 缺陷与半导体性能
硅、锗等第4族元素的共价晶体绝对零度时为绝缘体,温度刀·高导电率增加但比金属的小得多,称这种晶体为半导体。晶体呈现半导体性能的根本原因是填满电子的最高能带与导带之间的禁带宽度很窄,温度升高部分电子可以从满带跃迁到导带成为传导电子。晶体的半导体性能决定于禁带宽度以及参与导电的载流子(电子或空穴)数目和它的迁移率。缺陷影响禁带宽度和载流子数目及迁移率,因而对晶体的半导体性能有严重影响。
2.2.1 缺陷对半导体晶体能阶的影响
硅和锗本征半导体的晶体结构为金刚石型。每个原子与四个近邻原子共价结合。杂
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