点缺陷的详述及具体分类

　　按形成的原因不同分三类：

　　1 热缺陷（晶格位置缺陷）

　　在晶体点阵的正常格点位出现空位，不该有质点的位置出现了质点（间隙质点）。

　　2 组成缺陷

　　外来质点（杂质）取代正常质点位置或进入正常结点的间隙位置。

　　3 电荷缺陷

　　晶体中某些质点个别电子处于激发状态，有的离开原来质点，形成自由电子，在原来电子轨道上留下了电子空穴。

　　1. 缺陷符号及缺陷反应方程式

　　缺陷符号   以二元化合物MX为例

　　1）  晶格空位：正常结点位没有质点，VM，VX

　　2）  间隙离子：除正常结点位置外的位置出现了质点，Mi ，Xx

　　3）  错位离子：M排列在X位置，或X排列在M位置上，若处在正常结点位置上，则MM，XX

　　4）取代离子：外来杂质L进入晶体中，若取代M，则LM，若取代X，则LX，若占据间隙位，则Li。

　　5）自由电子  e’（代表存在一个负电荷），，表示有效电荷。

　　6）电子空穴   h·(代表存在一个正电荷)，·表示有效正电荷

　　如从NaCl晶体中取走一个Na+，留下一个空位 造成电价不平衡，多出负一价 。相当于取走Na原子加一个负有效负电荷，e失去→自由电子，剩下位置为电子空穴h·

　　7）  复合缺陷

　　同时出现正负离子空位时，形成复合缺陷，双空位。

　　VM+VX→（VM- VX）

　　缺陷反应方程式

　　必须遵守三个原则

　　1）  位置平衡——反应前后位置数不变（相对物质位置而言）

　　2）  质点平衡——反应前后质量不变（相对加入物质而言）

　　3）  电价平衡——反应前后呈电中性

　　例：将CaCl2引入KCl中：

　　将CaO引入ZrO2中

　　注意：只从缺陷反应方程看，只要符合三个平衡就是对的，但实际上往往只有一种是对的，这要知道其它条件才能确定哪个缺陷反应是正确的。

　　确定（1）式密度增加，要根据具体实验和计算。

　　2. 热缺陷（晶格位置缺陷)

　　只要晶体的温度高于绝对零度，原子就要吸收热能而运动，但由于固体质点是牢固结合在一起的，或者说晶体中每一个质点的运动必然受到周围质点结合力的限制而只能以质点的平衡位置为中心作微小运动，振动的幅度随温度升高而增大，温度越高，平均热能越大，而相应一定温度的热能是指原子的平均动能，当某些质点大于平均动能就要离开平衡位置，在原来的位置上留下一个空位而形成缺陷，实际上在任何温度下总有少数质点摆脱周围离子的束缚而离开原来的平衡位置，这种由于热运动而产生的点缺陷——热缺陷。

　　热缺陷两种基本形式：

图2.1  两种基本热缺陷形式

　　(1) 弗仑克尔缺陷

　　具有足够大能量的原子（离子）离开平衡位置后，挤入晶格间隙中，形成间隙原子离子），在原来位置上留下空位。

　　特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积不发生变化。

　　在晶体中弗仑克尔缺陷的数目多少与晶体结构有很大关系，格点位质点要进入间隙位，间隙必须要足够大，如萤石（CaF2）型结构的物质空隙较大，易形成，而NaCl型结构不易形成。总的来说，离子晶体，共价晶体形成该缺陷困难。

　　(2) 肖特基缺陷

　　表面层原子获得较大能量，离开原来格点位跑到表面外新的格点位，原来位置形成空位这样晶格深处的原子就依次填入，结果表面上的空位逐渐转移到内部去。

　　特点：体积增大，对离子晶体、正负离子空位成对出现，数量相等。结构致密易形成肖特基缺陷。

　　晶体热缺陷的存在对晶体性质及一系列物理化学过程，导电、扩散、固相反应、烧结等产生重要影响，适当提高温度，可提高缺陷浓度，有利于扩散，烧结作用，外加少量填加剂也可提高热缺陷浓度，有些过程需要最大限度避免缺陷产生, 如单晶生产，要非常快冷却。

　　3. 组成缺陷

　　主要是一种杂质缺陷，在原晶体结构中进入了杂质原子，它与固有原子性质不同，破坏了原子排列的周期性，杂质原子在晶体中占据两种位置（1）填隙位（2）格点位

　　4. 电荷缺陷 (Charge defect)

　　从物理学中固体的能带理论来看，非金属固体具有价带，禁带和导带，当在OR时，导带全部完善，价带全部被电子填满，由于热能作用或其它能量传递过程 ，价带中电子得到一能量Eg，而被激发入导带，这时在导带中存在一个电子，在价带留一孔穴，孔穴也可以导电，这样虽末破坏原子排列的周期性，在由于孔穴和电子分别带有正负电荷，在它们附近形成一个附加电场，引起周期势场畸变，造成晶体不完整性称电荷缺陷。

　　例：纯半导体禁带较宽，价电带电子很难越过禁带进入导带，导电率很低，为改善导电性，可采用掺加杂质的办法，如在半导体硅中掺入P和B，掺入一个P，则与周围Si原子形成四对共价键，并导出一个电子，叫施主型杂质，这个多余电子处于半束缚状态，只须填加很少能量，就能跃迁到导带中，它的能量状态是在禁带上部靠近导带下部的一个附加能级上，叫施主能级，叫n型半导体。当掺入一个B，少一个电子，不得不向其它Si原子夺取一个电子补充，这就在Si原子中造成空穴，叫受主型杂质，这个空穴也仅增加一点能量就能把价带中电子吸过来，它的能量状态在禁带下部靠近价带顶部一个附加能级，叫受主能级，叫P型半导体，自由电子，空穴都是晶体一种缺点缺陷在实践中有重要意义：烧成烧结，固相反应，扩散，对半导体，电绝缘用陶瓷有重要意义，使晶体着色等。