半导体结晶学-点缺陷-07
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Ms MM MM MM MM Ms
Ms MFMM MM MM MM Ms Fi
Ms Ms Ms Ms Ms Ms
表面格点、体内格点、空位、间隙原子、替位杂质、间隙杂 质的克文符号。
09:22:55
9
§6.1 点缺陷的基本概念
点缺陷的种类有：空位、间隙原子、替位式杂质、间隙 杂质，以及它们的复合体。
K3)2
=
KV
(T )
对于一块给定的单质晶体，表面格点与体内格点数量确
定，那么热缺陷空位的浓度只与三个反应的化学平衡常数有
关；若不考虑电磁辐射的条件下，只与温度有关。
[ ] [ ] 间隙原子浓度： M i
= MM
K1 KV
= Ki (T )
对于一个块给定的单质晶体，表面格点与体内格点数量确
定，那么热缺陷间隙原子的浓度只与三个反应的化学平衡常
本征点缺陷与晶格原子的热振动有关，因此它的浓度依赖 于温度，因而又称为热缺陷。热缺陷只能有空位和间隙原子。
请区别：“热缺陷”与“原生缺陷”。 一块单质晶体中的热缺陷的总类：空位和(或)间隙原子 对于热缺陷的产生过程，有三种基本的模型：
1、弗兰克缺陷模型； 2、肖特基缺陷模型； 3、第三种缺陷模型。
09:22:55
《结晶学》第二部分
晶体缺陷
缺陷是对完美的破坏。“晶体缺陷”是对完 美“晶体”的破坏。
09:22:55
完美“晶体”：具有格子(点阵)构造的固体。
晶体构造=点阵+结构基元 晶体构造=亚格子+方位错开
这种完美要求：任何一个该有粒子的位置必须有粒子，绝 不能缺，也不能换。 在不应该有粒子的位置上，不许有任何 的粒子！！！
11
1、弗兰克缺陷模型
弗兰克缺陷机制，空 位与间隙原子成对产生 或消失。
借助克罗格和文克符 号可写出反应方程:
MM
Mi + VM
09:22:55
12
2、肖特基缺陷
09:22:55
肖特基缺陷机制中， 只会产生空位，不会产 生间隙原子。
借助克罗格和文克符 号可写出反应方程:
MM
Ms + VM
13
3、第三种缺陷
面缺陷： 偏离点阵结构的部位为二维面上的若干个粒子。 (二维缺陷)
体缺陷： 偏离点阵结构的部位为三维尺度的若干个粒子。 (三维缺陷)
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4
晶体缺陷的其他角度分类：
电子缺陷： 晶体结构中某位置应该有电子，但如果偏多或偏少。 （例如半导体晶体中所谓导带电子或价带空穴）
微 缺 陷： 若干点缺陷在晶体中的聚集，其尺度比通常的点缺 陷要大一些，而比体缺陷又小。
09:22:55
肖特基缺陷机制中， 只会产生间隙原子，不 会产生空位。
wk.baidu.com借助克罗格和文克符 号可写出反应方程:
Ms
Mi
14
晶体中的热缺陷浓度遵循什么规律？
若把晶体看做一个溶液体系，正常点看作是溶剂，点缺 陷是溶质。热缺陷可以看做是三个可逆的准化学平衡反应。 由此可以求出晶体中热缺陷浓度。
1、弗兰克缺陷 MM
例如：一些简单情况下热缺陷平衡浓度的计算：
肖特基热缺陷：一块单晶体材料，体内热缺陷只有空位，没 有间隙原子。
思路：简化后，写出自由能 F 随热缺陷浓度n变化的函数 F(n) ，求出函数极小值点。
①在一个三维晶体中，会出现那些种类的缺陷？
②他们如何产生、对晶体的宏观性质有些什么影响？ ③借助怎样的技术手段可以定量、定性分析它们？
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3
按照缺陷区域的几何维度划分：
点缺陷： 偏离点阵结构的部位为一个粒子(或几个粒子)。 (零维缺陷) 线缺陷： 偏离点阵结构的部位为一维线上的若干个粒子。 (一维缺陷)
M晶体中点缺陷
空 位：VM 间隙原子：Mi 替位杂质：FM 间隙杂质：Fi
这些点缺陷的产生原因，如何定性定量、它们对晶体宏 观性质有何影响？ 我们将从比较简单的情况入手。
09:22:55
10
§6.1.1 (单质晶体中)热缺陷的分类
试想一个在绝对零度时的理想单晶体，在现实温度环境中， 由于晶格热振动或是外部电磁辐射就会产生一些点缺陷。我们 称作本征点缺陷。
一种描述晶体中每个位置符号： (由克罗格和文克提出)
我们称作克文符号，借此可以描述 晶体中每一个位置上的粒子。
微粒
名称 位置
名称
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7
§6.1 点缺陷的基本概念
克 文 符 号
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8
§6.1 点缺陷的基本概念
晶体 M中的四种点缺陷
符号表示
Ms Ms Ms Ms Ms Ms
Ms VMMM MM MM MM Ms Mi
原生缺陷：在晶体生长中产生的晶体点阵结构偏离。
二次缺陷：在晶体生长之后的各种加工过程中引入的缺陷。
09:22:55
5
第二部分 晶体缺陷
《结晶学》第六章
点缺陷
点缺陷偏离点阵结构的部位为一个粒子(或几个 粒子)。与线缺陷、面缺陷、和体缺陷相比，点缺 陷是晶体中占据空间最小的缺陷，然而其影响却 不容忽视。
§6.1 点缺陷的基本概念(单质晶体的点缺陷) §6.2 化合物半导体中的点缺陷 §6.3 点缺陷的缔合
09:22:55
§6.1 点缺陷的基本概念
点缺陷又称零维缺陷，偏离点阵结构的部位为一个粒子(或 几个粒子)。
试想一下，点缺陷的下列情况是否齐全： 空位、间隙原子、替位杂质原子和间隙杂质原子。 由几个这样的缺陷组成的小复合体也被看做是点缺陷。
数有关；若不考虑电磁辐射的条件下，只与温度有关。
平衡常数可用实验测定，也可利用热力学数据计算而得。
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16
§6.1.2 (单质晶体中)热缺陷的统计计算
应用统计热力学的方法，不需考虑热缺陷产生和复合的动力学 过程，根据体系平衡时满足的热力学条件(自由能F最小)，可以 研究平衡条件下的一些结果。
Mi + VM
2、肖特基缺陷 MM
Ms + VM
3、第三种缺陷 Ms
Mi
由质量作用定律可写出三个反应的化学平衡常数K：
K1
=
[Mi ] VM [MM ]
K2
=
[M s ] VM [MM ]
粒子浓度
K3
=
[Mi ] [M s ]
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15
空位浓度:
[VM
]=
[[MMMs ]](K1K2
/
1
否则，晶体的格子构造将遭到破坏。就会出现偏离晶体点 阵结构的部位，我们称作晶体缺陷。
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2
试想没有缺陷的晶体应满足什么条件？空间，计量比，温度？
然而，现实晶体都占据有限空间，化学计量比常 有偏离，温度也达不到绝对零度，纯净度也达不到 绝对纯净。
没有缺陷的“晶体” 只能存在于我们的理想当中。
Ms MFMM MM MM MM Ms Fi
Ms Ms Ms Ms Ms Ms
表面格点、体内格点、空位、间隙原子、替位杂质、间隙杂 质的克文符号。
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§6.1 点缺陷的基本概念
点缺陷的种类有：空位、间隙原子、替位式杂质、间隙 杂质，以及它们的复合体。
K3)2
=
KV
(T )
对于一块给定的单质晶体，表面格点与体内格点数量确
定，那么热缺陷空位的浓度只与三个反应的化学平衡常数有
关；若不考虑电磁辐射的条件下，只与温度有关。
[ ] [ ] 间隙原子浓度： M i
= MM
K1 KV
= Ki (T )
对于一个块给定的单质晶体，表面格点与体内格点数量确
定，那么热缺陷间隙原子的浓度只与三个反应的化学平衡常
本征点缺陷与晶格原子的热振动有关，因此它的浓度依赖 于温度，因而又称为热缺陷。热缺陷只能有空位和间隙原子。
请区别：“热缺陷”与“原生缺陷”。 一块单质晶体中的热缺陷的总类：空位和(或)间隙原子 对于热缺陷的产生过程，有三种基本的模型：
1、弗兰克缺陷模型； 2、肖特基缺陷模型； 3、第三种缺陷模型。
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《结晶学》第二部分
晶体缺陷
缺陷是对完美的破坏。“晶体缺陷”是对完 美“晶体”的破坏。
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完美“晶体”：具有格子(点阵)构造的固体。
晶体构造=点阵+结构基元 晶体构造=亚格子+方位错开
这种完美要求：任何一个该有粒子的位置必须有粒子，绝 不能缺，也不能换。 在不应该有粒子的位置上，不许有任何 的粒子！！！
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1、弗兰克缺陷模型
弗兰克缺陷机制，空 位与间隙原子成对产生 或消失。
借助克罗格和文克符 号可写出反应方程:
MM
Mi + VM
09:22:55
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2、肖特基缺陷
09:22:55
肖特基缺陷机制中， 只会产生空位，不会产 生间隙原子。
借助克罗格和文克符 号可写出反应方程:
MM
Ms + VM
13
3、第三种缺陷
面缺陷： 偏离点阵结构的部位为二维面上的若干个粒子。 (二维缺陷)
体缺陷： 偏离点阵结构的部位为三维尺度的若干个粒子。 (三维缺陷)
09:22:55
4
晶体缺陷的其他角度分类：
电子缺陷： 晶体结构中某位置应该有电子，但如果偏多或偏少。 （例如半导体晶体中所谓导带电子或价带空穴）
微 缺 陷： 若干点缺陷在晶体中的聚集，其尺度比通常的点缺 陷要大一些，而比体缺陷又小。
09:22:55
肖特基缺陷机制中， 只会产生间隙原子，不 会产生空位。
wk.baidu.com借助克罗格和文克符 号可写出反应方程:
Ms
Mi
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晶体中的热缺陷浓度遵循什么规律？
若把晶体看做一个溶液体系，正常点看作是溶剂，点缺 陷是溶质。热缺陷可以看做是三个可逆的准化学平衡反应。 由此可以求出晶体中热缺陷浓度。
1、弗兰克缺陷 MM
例如：一些简单情况下热缺陷平衡浓度的计算：
肖特基热缺陷：一块单晶体材料，体内热缺陷只有空位，没 有间隙原子。
思路：简化后，写出自由能 F 随热缺陷浓度n变化的函数 F(n) ，求出函数极小值点。
①在一个三维晶体中，会出现那些种类的缺陷？
②他们如何产生、对晶体的宏观性质有些什么影响？ ③借助怎样的技术手段可以定量、定性分析它们？
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按照缺陷区域的几何维度划分：
点缺陷： 偏离点阵结构的部位为一个粒子(或几个粒子)。 (零维缺陷) 线缺陷： 偏离点阵结构的部位为一维线上的若干个粒子。 (一维缺陷)
M晶体中点缺陷
空 位：VM 间隙原子：Mi 替位杂质：FM 间隙杂质：Fi
这些点缺陷的产生原因，如何定性定量、它们对晶体宏 观性质有何影响？ 我们将从比较简单的情况入手。
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§6.1.1 (单质晶体中)热缺陷的分类
试想一个在绝对零度时的理想单晶体，在现实温度环境中， 由于晶格热振动或是外部电磁辐射就会产生一些点缺陷。我们 称作本征点缺陷。
一种描述晶体中每个位置符号： (由克罗格和文克提出)
我们称作克文符号，借此可以描述 晶体中每一个位置上的粒子。
微粒
名称 位置
名称
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7
§6.1 点缺陷的基本概念
克 文 符 号
09:22:55
8
§6.1 点缺陷的基本概念
晶体 M中的四种点缺陷
符号表示
Ms Ms Ms Ms Ms Ms
Ms VMMM MM MM MM Ms Mi
原生缺陷：在晶体生长中产生的晶体点阵结构偏离。
二次缺陷：在晶体生长之后的各种加工过程中引入的缺陷。
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第二部分 晶体缺陷
《结晶学》第六章
点缺陷
点缺陷偏离点阵结构的部位为一个粒子(或几个 粒子)。与线缺陷、面缺陷、和体缺陷相比，点缺 陷是晶体中占据空间最小的缺陷，然而其影响却 不容忽视。
§6.1 点缺陷的基本概念(单质晶体的点缺陷) §6.2 化合物半导体中的点缺陷 §6.3 点缺陷的缔合
09:22:55
§6.1 点缺陷的基本概念
点缺陷又称零维缺陷，偏离点阵结构的部位为一个粒子(或 几个粒子)。
试想一下，点缺陷的下列情况是否齐全： 空位、间隙原子、替位杂质原子和间隙杂质原子。 由几个这样的缺陷组成的小复合体也被看做是点缺陷。
数有关；若不考虑电磁辐射的条件下，只与温度有关。
平衡常数可用实验测定，也可利用热力学数据计算而得。
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§6.1.2 (单质晶体中)热缺陷的统计计算
应用统计热力学的方法，不需考虑热缺陷产生和复合的动力学 过程，根据体系平衡时满足的热力学条件(自由能F最小)，可以 研究平衡条件下的一些结果。
Mi + VM
2、肖特基缺陷 MM
Ms + VM
3、第三种缺陷 Ms
Mi
由质量作用定律可写出三个反应的化学平衡常数K：
K1
=
[Mi ] VM [MM ]
K2
=
[M s ] VM [MM ]
粒子浓度
K3
=
[Mi ] [M s ]
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空位浓度:
[VM
]=
[[MMMs ]](K1K2
/
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否则，晶体的格子构造将遭到破坏。就会出现偏离晶体点 阵结构的部位，我们称作晶体缺陷。
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试想没有缺陷的晶体应满足什么条件？空间，计量比，温度？
然而，现实晶体都占据有限空间，化学计量比常 有偏离，温度也达不到绝对零度，纯净度也达不到 绝对纯净。
没有缺陷的“晶体” 只能存在于我们的理想当中。