第2节 点缺陷(1)

    5.2.1 分类

     1. 按照位置和成分分类
     1）空位：正常结点没有被原子或离子所占据，成为空结点，称为空位或空穴，参见图5-1。
    
     2）填隙质点：原子或离子进入晶体中正常结点之间的间隙位置，成为填隙原子（或离子）或间隙原子（或离子）。从成分上看，填隙质点可以是晶体自身的质点，也可以是外来杂质的质点，参见图5-2。
    3）杂质缺陷：外来杂质质点进入晶体中就会生成杂质缺陷，从位置上看，它可以进入结点位置，也可以进入间隙位置，参见图5-3。杂质原子（或离子）如取代原来晶格中的原子（或离子）而进入正常结点的位置，称为取代原子（或离子）；杂质原子（或离子）如进入结点之间的间隙位置，那么生成间隙式杂质原子（或离子）。杂质进入晶体中可以看成是一个溶解过程，杂质为溶质，原来晶体为溶剂，这种溶解了杂质原子（或离子）的晶体称为固体溶液，简称固溶体，将在后面章节进行详细介绍。
            
  2. 按照缺陷产生原因分类
    1）热缺陷：当晶体的温度高于0K时，由于晶格上质点热振动，使一部分能量较高的质点离开平衡位置而造成缺陷，这种缺陷称为热缺陷。热缺陷有两种形式：弗仑克尔缺陷（Frenkel）和肖特基缺陷（Schottky）。
          
     （1）弗仑克尔缺陷：在晶格热振动时，一些能量较大的质点离开平衡位置后，进入到间隙位置，形成间隙质点，而在原来位置上形成空位，这种缺陷称为弗仑克尔缺陷，如图5-4(a)所示。它的特点是间隙质点与空位总是成对出现。
    从能量状态分析，间隙质点的能量要高于结点位置上的能量，因此形成弗仑克尔缺陷需要克服较高的位垒。由于间隙质点能态高，因而它处于一种亚稳定状态，当其周围存在空位时，就有可能重新与空位复合，回到能态较低的结点平衡位置。为了实现与空位复合，它仍然需要克服一定的势垒u（见图5-5）。间隙质点也有可能获得足够能量迁移到邻近其他间隙位置。在一定温度下，对一定材料来说，弗仑克尔缺陷的数目是一定的，并且无规则地均匀分布在整个晶体材料中。
    （2）肖特基缺陷：如果正常格点上的质点，在热起伏过程中获得能量离开平衡位置迁移到晶体的表面，而在晶体内部正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖特基缺陷，如图5-4(b)所示。肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷之间的一个重要差别，就在于肖特基缺陷的生成需要一个像晶界、位错或者表面之类的晶格排列混乱的区域，内部质点离开各自的位置，迁移到表面或者晶界，但不是一步就迁移过去，而是一个逐渐传递接力的过程，因为质点每次迁移的自由行程一般为质点间距数量级。
    离子晶体生成肖特基缺陷时，为了保持晶体电中性，正离子空位和负离于空位是按照分子式同时成对产生的，同时伴随晶体体积的增加，这是肖特基缺陷的特点。
    肖特基缺陷在晶体内也能运动，也存在产生与复合的动平衡，对某一晶体来说在确定温度下，肖脱基缺陷的浓度也是一定的。由于肖脱基缺陷只产生空位，因此其形成能较低，对大多数晶体来说，这种缺陷是主要的。