固体物理第三章晶体中的缺陷.pdf

第三章晶体中的缺陷(imperfection)和运动 本章内容： 理想的完美晶体是不存在的,实际晶体中总是存在各 介绍几种基本的微观缺陷，重点介绍点缺 种各样的偏离了理想晶格的情况。所谓缺陷，就 是指完美晶格受到破坏的那些区域。 陷。 晶体内总是存在的各种各样的缺陷：晶体在尺寸上 在较高温度下，固体的成分或结构的物理 是有限的，因而具有边界或表面，晶格振动导致 和化学变化往往是通过扩散进行的，扩散 原子瞬时位置对平衡位置的偏离。它们对晶体的 的过程与晶体的微观缺陷有十分密切的关 性质产生十分重要的作用，特别是一般晶体中都 系。本章还将介绍扩散及其微观机制。 存在着微观缺陷，它们可以决定性地影响晶体的 基本性质。 固体物理第三章 固体物理第三章 §3-1 晶体中缺陷的类型 1. 热缺陷：由热起伏的原因所产生的空位和填隙原 按缺陷的几何形状而论，可把晶体中的缺陷分为三类， 子，又叫热缺陷，它们的产生与温度直接有关 点缺陷、线缺陷和面缺陷。 一、点缺陷(point defect) 定域在格点附近一个或几个晶格常数范围内偏离晶格 周期性的结构称为点缺陷，如空位，填隙原子，杂 质原子。 由于晶格空位和间隙原子的出现，原子间的作用力平 衡被破坏，使其周围的其它原子发生移动，偏离晶 体的结点位置，形成晶格畸变。另外，点缺陷可使 (a) 肖脱基缺陷 (b)弗伦克耳缺陷 (c) 间隙原子 材料的物理性质和力学性质发生变化，如电阻率， 密度等。 固体物理第三章 固体物理第三章 （a ）肖特基缺陷(vacancy) ：原子脱离正常格点 移动到晶体表面的正常位置，在原子格点位置 对化合物半导体，除形成空位和填隙原子 留下空位，称为肖特基缺陷。 外，还会形成反结构缺陷。 （b ）弗伦克尔缺陷(Frenkel defect)，原子脱离格 离子晶体中的点缺陷是带电中心。为保持 点后，形成一个间隙原子和一个空位。称为弗 整体的电中性，只能是正离子空位（负 伦克尔缺陷。 电中心）和负离子空位（正电中心）的 （c ）间隙原子(interstitial) ：如果一个原子从正常 表面位置挤进完整晶格中的间隙位置则称为间 数目必须相等。正负离子空位和正负间 隙原子，由于原子已经排列在各个格点上，为 隙离子数目相等。 了容纳间隙原子，其周围的原子必定受到相当 大的挤压。 固体物理第三章 固体物理第三章 1 2. 杂质原子（离子） 非纯净晶体中的杂质原子可以认为是点缺 陷，杂质原子可以占据母体点阵中的一 个正常格点（替代式杂质substitutional