晶体缺陷

1、 何谓晶体缺陷，晶体缺陷可以分为几类？

2、 位错对晶体结构将造成怎样的影响？对晶体的性能将造成什么样的影响？

3、 3、点缺陷的平衡浓度及其物理意义是什么？

4、 4、位错有哪两种类型，简述它们的几何特点。

5、 简述刃型位错和螺型位错在运动形式上的差异。

6、 6、 判断图中为何种位错，求图中位错的柏氏矢量。

7、 7、位错反应的基本条件是什么？指出面心立方（fcc）和体心立方（bcc）中的特征位错（以最短点阵矢量为柏矢量的位错）,并判断以下位错反应是否可以进行，为什么？

8、 8、何谓全位错、不全位错？说明弗兰克不全位错是如何形成的？

9、 9、简要说明:(1)刃型位错周围原子的处于怎样的应力状态（为切应力还是正应力，为拉应力还是压应力）；(2)若有间隙原子存在，则间隙原子更容易存在于位错周围的那些位置？

10、 10、判断如下为何种位错？

11、 在CaF2晶体中，弗伦克尔缺陷生成能为2.8 eV，肖特基缺陷的生成能为5.5 eV，计算在25oC和1600oC时热缺陷的浓度。

半导体晶体缺陷

创建时间：2008-08-02

半导体晶体缺陷(crystal defect of semiconductor)

半导体晶体中偏离完整结构的区域称为晶体缺陷。按其延展的尺度可分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，这4类缺陷都属于结构缺陷。根据缺陷产生的原因可分为原生缺陷和二次缺陷。从化学的观点看，晶体中的杂质也是缺陷，杂质还可与上述结构缺陷相互作用形成复杂的缺陷。一般情况下，晶体缺陷是指结构缺陷。

点缺陷(零维缺陷) 主要是空位、间隙原子、反位缺陷和点缺陷复合缺陷。

空位 格点上的原子离开平衡位置，在晶格中形成的空格点称为空位。离位原子如转移到晶体表面，在晶格内部所形成的空位，称肖特基空位；原子转移到晶格的间隙位置所形成的空位称弗兰克尔空位。

间隙原子 位于格点之间间隙位置的原子。当其为晶体基质原子时称为自间隙原子，化合物半导体MX晶体中的白间隙原子有Mi、Xi两种。

反位缺陷 化合物半导体晶体MX中，X占M位，或M占X位所形成的缺陷，记作MX，XM。

点缺陷的复合 各种点缺陷常可形成更复杂的缺陷，空位或间隙原子常可聚集成团，这些团又可崩塌成位错环等。例如硅单晶中有：双空位、F中心(空位-束缚电子复合体)，E中心(空位-P原子对)，SiO2团(空位-氧复合体)，雾缺陷(点缺陷-金属杂质复合体)。

硅单晶中主要点缺陷有空位、自间隙原子、间隙氧、替位碳、替位硼、替位铜，间隙铜等。

化合物如GaAs单晶中点缺陷有镓空位(vGa)、砷空位(VAs)、间隙镓(Gai)，间隙砷(ASi)、镓占砷位(AsGa)、砷占镓位(GaAs)等，这些缺陷与缺陷、缺陷与杂质之间发生相互作用可形成各种复合体。

GaAs中的深能级。砷占镓位一镓空位复合体(AsGavGa)、镓占砷位一镓空位复合体(GaAsvGa)在GaAs中形成所谓A能级(0.40eV)和B能级(0.71eV)分别称作HB2、HB5，它们与EL2是三个GaAs中较重要的深能级，这些深能级与某类缺陷或缺陷之间反应产物有关，EL2是反位缺陷AsGa或其复合体AsGavGaVAs所形成，为非掺杂半绝缘GaAs单晶和GaAs VPE材料中的一个主要深能级，能级位置是导带下0.82eV(也可能由一族深能级所构成)，其浓度为1016cm-3数量级，与材料的化学配比和掺杂浓度有关。

晶体的缺点和不足

晶体是由原子、分子或离子按照一定的周期性在空间排列形成的固体物质，具有以下缺点和不足：

1.

晶体生长缓慢：晶体的生长通常需要较长的时间，尤其是对于大尺寸、高质量的晶体，生长过程可能非常耗时。

2.

晶体缺陷：在晶体生长过程中，可能会引入各种缺陷，如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。这些缺陷可能会影响晶体的物理、化学和电子性质。

3.

晶体的各向异性：晶体在不同方向上的物理性质可能会有所不同，这被称为晶体的各向异性。这可能会导致在某些应用中需要对晶体的取向进行控制，增加了制备的难度。

4.

晶体的脆性：大多数晶体材料相对较脆，容易在受到外力作用时发生断裂或破裂。这限制了它们在需要一定柔韧性或抗冲击性的应用中的使用。

5.

有限的晶体结构：晶体的周期性结构限制了它们在某些方面的性能。例如，晶体的能带结构决定了它们的电子传输性质，可能无法满足某些特定应用的要求。

需要注意的是，不同类型的晶体可能具有不同的特点和应用领域。对于特定的应用，人们可以选择合适的晶体材料或通过晶体工程等方法来克服其缺点和不足。此外，随着科学技术的发展，人们也在不断探索和研究新的晶体材料和制备方法，以满足各种应用需求。

晶体缺陷

第3章晶体缺陷

前⾔

前⾯章节都是就理想状态的完整晶体⽽⾔，即晶体中所有的原⼦都在各⾃的平衡位置，处于能量最低状态。然⽽在实际晶体中原⼦的排列不可能这样规则和完整，⽽是或多或少地存在离开理想的区域，出现不完整性。正如我们⽇常⽣活中见到⽟⽶棒上⽟⽶粒的分布。通常把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷（crystal defect; crystalline imperfection)。缺陷的产⽣是与晶体的⽣成条件、晶体中原⼦的热运动、对晶体进⾏的加⼯过程以及其它因素的作⽤等有关。但必须指出，缺陷的存在只是晶体中局部的破坏。它只是⼀个很⼩的量(这指的是通常的情况)。例如20℃时，Cu的空位浓度为 3.8×10－17，充分退⽕后铁中的位错密度为1012m-2（空位、位错都是以后要介绍的缺陷形态）。所以从占有原⼦百分数来说，晶体中的缺陷在数量上是微不⾜道的。但是，晶体缺陷仍可以⽤相当确切的⼏何图像来描述。

在晶体中缺陷并不是静⽌地、稳定不变地存在着，⽽是随着各种条件的改变⽽不断变动的。它们可以产⽣、发展、运动和交互作⽤，⽽且能合并消失。晶体缺陷对晶体的许多性能有很⼤的影响，如电阻上升、磁矫顽⼒增⼤、扩散速率加快、抗腐蚀性能下降，特别对塑性、强度、扩散等有着决定性的作⽤。20世纪初，X射线衍射⽅法的应⽤为⾦属研究开辟了新天地，使我们的认识深⼊到原⼦的⽔平；到30年代中期，泰勒与伯格斯等奠定了晶体位错理论的基础；50年代以后，电⼦显微镜的使⽤将显微组织和晶体结构之间的空⽩区域填补了起来，成为研究晶体缺陷和探明⾦属实际结构的主要⼿段，位错得到有⼒的实验观测证实；随即开展了⼤量的研究⼯作，澄清了⾦属塑性形变的微观机制和强化效应的物理本质。

按照晶体缺陷的⼏何形态以及相对于晶体的尺⼨，或其影响范围的⼤⼩，可将其分为以下⼏类：1.点缺陷(point defects) 其特征是三个⽅向的尺⼨都很⼩，不超过⼏个原⼦间距。如：空位(vacancy)、间隙原⼦(interstitialatom)和置换原⼦(substitutional atom)。除此以外，还有空位，间隙原⼦以及这⼏类缺陷的复合体等均属于这⼀类。这⾥所说的间隙原⼦是指应占据正常阵点的原⼦跑到点阵间隙中。2.线缺陷（linear defects) 其特征是缺陷在两个⽅向上尺⼨很⼩（与点缺陷相似），⽽第三⽅向上的尺⼨却很⼤，甚者可以贯穿整个晶体，属于这⼀类的主要是位错(dislocation)(图3－01）。3.⾯缺陷(interfacial defects) 其特征是缺陷在⼀个⽅向上的尺⼨很⼩（同点缺陷），⽽其余两个⽅向上的尺⼨很⼤。晶体的外表⾯(external surfaces)及各种内界⾯如：⼀般晶界(grain boundaries)(图3－02、图3－03）、孪晶界(twin boundaries)、亚晶界（sub-boundaries）、相界(phase boundaries)及层错(stacking faults)等均属于这⼀类。3.1 点缺陷