半导体结晶学-点缺陷-07
第一节晶体中的点缺陷
实测的一些金属的空位形成能△Ev。
金属
Au Ag Cu Pt Al W Pb
△Ev(ev) 0.94 1.06 1.06 1.50 0.75 3.50 0.50
间隙原子引起的畸变较空位大的多，间 隙原子的形成能较空位形成能大几倍。
Cu晶体的间隙原子形成能约3.00ev，是 其空位形成能的2.83倍。
e kT k
)
A'e(
E'v kT
)（2-2）
ne、ne′— 平衡空位和平衡间隙原子的数目； N — 阵点总数； k — 玻尔兹曼常数。
△EV、△EV′— 空位形成能和间隙原子形成能； △Sv、 △Sv′— 相应的振熵变化。
A、A′— 由振动熵决定的系数，其值约在1~10之间， 方便计算时可取A=1；
配位数：12 致密度：0.74
a=√2d
晶胞体积a3，晶胞内的原子数4
体积L3中的空位数=1/8×8=1，单位体积内的空位数为 1/L3=nv， L3=1/nv
四、过饱和空位
过饱和空位：晶体中数量超过了其平 衡浓度的空位。
过饱和空位将对晶体的性能产生影响。 产生过饱和空位的方法： ❖ 高温淬火 ❖ 冷加工 ❖ 辐照
五、点缺陷的运动
空位在晶体中的分布是一个动态平衡，其不断地与 周围原子交换位置。
例如：空位周围的原子，由于热振动的能量起伏， 而获得足够的能量跳入空位，并占据这个平衡位置， 在这个原子原来的位置上，就形成一个空位。
这一过程可看成是空位向邻近阵点位置的迁移。
空位的移动
空位迁移能：空位迁移必须获得的能量△Em。 可通过实验方法测定。例如：
分类：
空位：晶体内部的原子离开其平衡位置后, 留下的原子尺度的空洞。
第一章 晶体中的点缺陷课件
N!
lnln N!
(N n)!n!
(Nn)!n!
由stirling(斯特林)公式，当x很大时，ln x!xln xx
则：S 0 K [ N l n N ( N n ) l n ( N n ) n l n n ]
第一章 晶体中的点缺陷
F = n u f K T [ N l n N ( N n ) l n ( N n ) n l n n ] n T S f
一.自由电子能量的变化
1.势能的变化： E 1
E f — 系统的弗米能
2 3
Ef
Ef
h2
(3Ne
2
)3
8m V
弗米能:①在T时，能量为E的质点出现几率为1 2 的能量 。 ②反映系统的总能量在组成质点之间的分配情况。
第一章 晶体中的点缺陷
2.动能的变化：
2 E2 5 Ef
二.不同点缺陷的形成能
● 对大多数简单晶体,单空位形成能
uE 1E 22 3E F5 2E F1 4 5E F
● 在Tm附近,热平衡空位和间隙原子最大浓度分布为 10－4～10－8数量级。
第一章 晶体中的点缺陷
§1.4 点缺陷的运动
（一）空位的迁移
空位的迁移、间隙原子迁移能—原子扩散激活能
空位迁移的几率:
Sm Em
jZe Ke KT
第一章 晶体中的点缺陷
2.pearson符号
cF－用一个小写字母＋大字母表示。 c－晶系第一个英文字母的字头
三斜：Triclinic <Anorthic>, 单斜：Monoclinc， 正交（斜方）：Orthogonal， 四方（正方）：Tetragonal， 立方：Cubic， 六方：Hexagonal， 菱形：Rhombohedral）
半导体缺陷解析及中英文术语一览
半导体缺陷解析及中英⽂术语⼀览⼀、半导体缺陷1.位错：位错⼜可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的⼀种内部微观缺陷，即原⼦的局部不规则排列（晶体学缺陷）。
从⼏何⾓度看，位错属于⼀种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是⼒学性能，具有极⼤的影响。
产⽣原因：晶体⽣长过程中，籽晶中的位错、固-液界⾯附近落⼊不溶性固态颗粒，界⾯附近温度梯度或温度波动以及机械振动都会在晶体中产⽣位错。
在晶体⽣长后，快速降温也容易增殖位错。
（111）呈三⾓形；（100）呈⽅形；（110）呈菱形。
2.杂质条纹：晶体纵剖⾯经化学腐蚀后可见明、暗相间的层状分布条纹，⼜称为电阻率条纹。
杂质条纹有分布规律，在垂直⽣长轴⽅向的横断⾯上，⼀般成环状分布；在平⾏⽣长轴⽅向的纵剖⾯上，呈层状分布。
反映了固-液界⾯结晶前沿的形状。
产⽣原因：晶体⽣长时，由于重⼒产⽣的⾃然对流和搅拌产⽣的强制对流，引起固-液界近附近的温度发⽣微⼩的周期性变化，导致晶体微观⽣长速率的变化，或引起杂质边界厚度起伏，⼀截⼩平⾯效应和热场不对称等，均使晶体结晶时杂质有效分凝系数产⽣波动，引起杂质中杂质浓度分布发⽣相应的变化，从⽽在晶体中形成杂质条纹。
解决⽅案:：调整热场，使之具有良好的轴对称性，并使晶体的旋转轴尽量与热场中⼼轴同轴，抑制或减弱熔热对流，可以使晶体中杂质趋于均匀分布。
采⽤磁场拉晶⼯艺或⽆重⼒条件下拉晶可以消除杂质条纹。
3.凹坑：晶体经过化学腐蚀后，由于晶体的局部区域具有较快的腐蚀速度，使晶体横断⾯上出现的坑。
腐蚀温度越⾼，腐蚀时间越长，则凹坑就越深，甚⾄贯穿。
4.空洞：单晶切断⾯上⽆规则、⼤⼩不等的⼩孔。
产⽣原因：在⽓氛下拉制单晶，由于⽓体在熔体中溶解度⼤，当晶体⽣长时，⽓体溶解度则减⼩呈过饱和状态。
如果晶体⽣长过快，则⽓体⽆法及时从熔体中排出，则会在晶体中形成空洞。
5.孪晶：使晶体断⾯上呈现⾦属光泽不同的两部分，分界线通常为直线。
半导体物理学_第二章_半导体中的杂质和缺陷
实际半导体
实际半导体中原子并不是静止在具有 严格周期性的晶格位置上，而是在其平 衡位置附近振动；
实际半导体并不是纯净的，而是含有 杂质的；
实际的半导体晶格结构并不是完整无缺 的，而是存在着各种形式的缺陷，点缺 陷，线缺陷，面缺陷；
杂质和缺陷可在禁带中引入能级，从而对半 导体的性质产生了决定性的作用
施主和受主浓度：ND、NA
等电子杂质
N型半导体
特征：
a 施主杂质电离，导带中 出现施主提供的导电电子
- - - - EC + + + + ED
b 电子浓度n 〉空穴浓度p
Eg
P 型半导体
特征：
a 受主杂质电离，价带中 出现受主提供的导电空穴
----
++++
EA EV
b空穴浓度p 〉电子浓度n
N型和P型半导体都称为极性半导体
1、杂质与杂质能级 杂质：半导体中存在的与本体元素不同 的其它元素。
｛ 杂质的来源： 有意掺入 无意掺入
根据杂质在能级中的位置不同：
｛ 替位式是杂质 间隙式杂质
以硅为例说明
在金刚石型晶体中，晶胞中原子的体积百分数为 34%，说明还有66%是空隙。Si 中的杂质有两种存在 方式，
a：间隙式杂质 特点：杂质原子一般较小，锂元素
能 离化态
带
图
中
施
主
杂
质
电
离
的 过 程
电离的结果：导带中的电子数增加了，这 即是掺施主的意义所在。
施主杂质 施主能级
电离时，P原子能够提供导电电子并形成正电
中心，——施主杂质。
被施主杂质束缚的电子
的能量比导带底Ec低，
半导体中的杂质和缺陷.ppt
杂质出现在半导体中时，产 生的附加势场使严格的周期 性势场遭到破坏。
杂质能级位于禁带之中
Ec
杂质能级
导带
Ev
价带
1.ⅤA 族的替位杂质
(1)在硅 Si 中掺入 P
= Si = ‖
= Si = ‖
= Si = ‖
Si
=
‖
P+ ●
=
‖
Si
=
‖
正电中心
Si = ‖ Si = ‖ Si = ‖
●Si ●P
3.2 半导体中的杂质和缺陷
杂质 缺陷 原子在平衡位置附近振动
实际半导体晶格偏离理想情况
杂质和缺陷 原子的周期性势场受到破坏
在禁带中引入能级 决定半导体的物理和化学性质
杂质：半导体中存在的与本体元素不同的
其它元素。
浅能级杂质：能级接近导 带底 Ec 或价带顶 Ev；
深能级杂质：能级远离导 带底 Ec 或价带顶 Ev。
施主杂质具有提供电子的能力。
施主的电离能
设施主杂质能级为ED
施主杂质的电离能△ED：即弱束缚的电子 摆脱束缚成为晶格中自由运动的电子（导带 中的电子）所需要的能量。
EC
ED
△ED=EC-ED
施 主 电 离 能：
Eg
△ED=EC-ED
EV
在 Si 中，掺 P： △ED=0.044eV As： △ED=0.049eV Sb： △ED=0.039eV
EA
Ev
n=ND-NA 此时为n型半导体
(2) ND<NA
Ec ED 电离施主 电离受主
EA Ev
p=NA- ND 此时为p型半导体
(3) ND≈NA 杂质的高度补偿
半导体晶体结构和缺陷
半导体晶体结构和缺陷半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有很多独特的性质和应用。
在分子水平上，半导体由一系列原子组成。
这些原子有一定的排列方式，形成了晶体结构。
晶体结构的完整性对半导体材料的性能和性质起着至关重要的作用。
半导体晶体结构通常采用三种常见的结构类型：立方晶格、钻石晶格和六边形晶格。
对于立方晶格结构，每个原子都包围着8个相邻的原子，形成了一个立方体。
钻石晶格结构是由两个延伸的、相互交错的面心立方体组成的。
六边形晶格结构则是由六个等距的原子组成的环形结构。
这些不同的结构类型决定了半导体的电子能带结构和电子运动的方式。
半导体晶格结构中可能存在各种类型的缺陷，这些缺陷对半导体材料的性质和性能产生重要影响，同时也为一些应用提供了潜在的优势。
下面介绍一些常见的半导体晶格缺陷。
1.点缺陷：点缺陷是晶体结构中最简单的种类，它们是由缺失或替代原子引起的。
缺失原子形成的空位缺陷能够捕获电子或空穴，从而影响电子和空穴的移动性。
2.赋锗瑕疵：赋锗瑕疵是一种晶格点缺陷，即原子被替代为一个不同元素的原子。
这种替代可能导致该区域的能带发生变化，并影响材料的电子性质。
3.界面缺陷：界面缺陷是晶体结构中两个不同晶体之间的缺陷，形成的界面是不完美的。
这些界面缺陷会导致电子和空穴的散射和捕获，影响材料的载流子传输性质。
4.外延缺陷：外延缺陷是在晶体表面生长的过程中形成的缺陷，由于压力差和表面张力的影响，晶格结构在表面上变形。
这种变形会导致表面损伤和晶格点缺陷的形成。
这些缺陷在半导体材料的性质和性能中起着重要作用。
一方面，缺陷可以捕获和释放电子和空穴，从而影响电荷运输性质和载流子寿命。
另一方面，缺陷还可能引起光学效应，如发光或吸收，这些效应在半导体器件中具有广泛的应用。
因此，对半导体材料中晶格结构和缺陷的深入理解是提高半导体器件性能和开发新型器件的关键。
总之，半导体晶体结构和缺陷对半导体材料的性质和性能起着重要作用。
点缺陷
27
图6.2.1 弗兰克缺陷
图6.2.2 肖特基缺陷
28
图6.2.3 反结构缺陷
图6.2.4 杂质原子在化合 物晶体MX中形成的点缺陷
5
6.1.1 热(本征点)缺陷的分类
晶体中的原子以格点的平衡位置为中心振动着，但它 不是单纯孤立的简谐运动，而是与周围原子的运动有关， 服从麦克斯韦－玻尔兹曼几率分布。 热缺陷的形成过程：当某一原子能量增大，会脱离原 来的平衡位置，跑到邻近的晶格空隙，被束缚在那里，从 而产生一个空位、一个间隙原子...... 热缺陷分为三种形式：(1) 弗兰克缺陷 (2) 肖特基缺陷 (3) 第三种缺陷 这三种缺陷中只有两种是独立的，故第三种缺陷无命名。
图6.1.6 (b)半径较基体小的替位杂质使晶格向内收缩
21
韦伽(Vegard)定律
晶格常数与固溶体成分 χ(原子百分数)存在如下线性关系： a = a1 + (a2 a1 ) χ 1和2分别表示溶剂和溶质的晶格常数 韦伽定律可以近似地表示替代式固溶体晶格常数随组份的变化 情况。 应用举例：Si外延生长中，衬底和外延层掺杂的种类不同，浓 度不同，往往要产生晶格失配现象，导致失配位错的 产生，常采用应变补偿法来缓解这种应力：P原子比Si 小，Sn原子比Si大，按一定比例掺杂，使应力相互补 偿。利用韦伽定律可以导出替位式杂质在硅晶体薄片 中产生应力的近似计算关系式：
F1 = n1u1 kT ln N! n1 !( N n1 ) !
那么熵的改变量 晶体自由能的改变
半导体单晶硅的缺陷优秀课件
❖ 3、杂质原子（外来原子）：由外来原子进入晶体而产生的 缺陷。杂质原子又分为间隙式和置换式原子。如图所示：
图 2-3-3
❖ 硅中的杂质氧、碳以及重金属都可能以两种方式存在，并与 硅结合成键，如氧与硅形成Si-O-Si键。
❖ 4、络合体 ❖ 杂质原子与空位相结合形成的复合体。 ❖ 如：空位-磷原子对（E中心） ❖ 空位-氧原子对 （A中心） ❖ 这些络合体具有电活性，因此会影响半导体的载流
滑移方向：取原子距离最小的晶列方向，对于硅而言，<110> 晶向族的距离最小，因此为位错的滑移方向。共有12个方向， 如图所示:
❖ 滑移面：滑移面一般取面密度大，面间距大的晶面，硅晶 体的滑移面为{111}晶面族，所示如图：
❖ （2）位错的攀移：位错线垂直于滑移向量的运动，他是由 于在一定温度下，晶体中存在空位和填隙原子，在热运动的 作用下，移动位错线，引起半平面的变大或变小。分为正攀 移和负攀移。
❖ 5、位错中柏格斯矢量的判断：如图所示，利用右手螺旋定 则沿基矢走，形成一个闭合回路，所有矢量的和即为柏格斯 矢量。
❖ 6、位错的滑滑移与攀移
❖ （1）位错的滑移：指位错线在滑移面沿滑移方向运动。其 特点：位错线运动方向与柏格斯矢量平行。如图所示：
硅单晶的滑移体系：{111}晶面和<110>晶向族
(a)本征层错
（b)非本征层错
（111）面单晶硅中的层错
❖ 四、杂质沉淀
❖ 硅的生产和加工过程中，很容易引入各种杂质，如直拉硅中 氧、碳以及各种重金属杂质（Cu、Fe、Ni、Na等），他们 在高温环境下在硅中的溶解度很高，但在低温及室温条件下， 其溶解度大大下降，多余的杂质都以沉淀的形式析出。如： SiO2、Cu3Si、Fe3Si
晶体中的点缺陷
10
A+B-晶体中一个正离子空位和一个负离子空位 组成的复合体
11
点缺陷的主要存在形式：
（1）空位----原子脱离正常格点位置后，在原格点位 置形成一个空位；
（2）间隙原子----原子脱离格点后进处晶格的间隙位 置，称为间隙原子；
（3）杂质原子----外来原子（杂质）进入晶体后，可 形成替代式杂质原子和间隙式杂质原子。
1
点缺陷的主要类型
（1）肖脱基缺陷 （2）间隙原子 （3）夫伦克尔缺陷 （4）有序合金中的错位 （5）离子晶体中的点缺陷 （6）缺陷团
点缺陷的主要类型1肖脱基缺陷2间隙原子23夫伦克尔缺陷4有序合金中的错位5离子晶体中的点缺陷6缺陷团1点缺陷类型1肖脱基缺陷原子脱离正常格点移动到晶体表面的点移动到晶体表面的正常位置在原格点位置留下空位称为肖脱基缺陷
晶体中的点缺陷(补)
固体中的点缺陷含义十分广泛。当组份原子（离 子）偏离正常位置或正常状态时，只要这种偏离正常 的范围展布在原子线度数量级内都属于点缺陷。
ⅰ. 对于具有肖脱基缺陷的离子晶体，其正离子空位 （负电中心）和负离子空位（正电中心）的数目必 须相等。 ⅱ. 对于具有夫伦克尔缺陷的离子晶体，其中正离子 空位和正间隙离子数目必须相等。
8
离子晶体中的点缺陷图示
1、点缺陷类型
+++++ +++++
+++++ +++++
+++++ +++++
半导体物理学-半导体中杂质和缺陷能级
主要内容：杂质分类；施主杂质、受主杂质；施 主能级、受主能级；浅能级杂质、类氢模型估算 浅能级杂质电离能、估算浅能级杂质的弱束缚载 流子基态轨道半径；杂质的补偿；深能级杂质； 等电子陷阱、等电子杂质、杂质的双性行为；点 缺陷的种类、反结构缺陷、位错和位错能级等
重点：施主杂质、受主杂质；施主能级、受主能
对于Si中的P原子，
剩余电子的运动 半径：r ~ ○65 Å
实用文档
对于Ge中的P 原子，r 85 Å
多余 价电子
+4 +4
磷原子
+5 +4
Ⅴ族元素有5个价电子，其中的四个价电子与周围 的四个硅原子形成共价键，还剩余一个电子，同 时Ⅴ族原子所在处也多余一个正电荷，称为正离 子中心，所以，一个Ⅴ族原子取代一个硅原子， 其效果是形成一个正电中心和一个多余的电子。
Si：r=0.117nm Li+:r=0.068nm; P:r=0.11nm
n另一种方式是杂质原子取代晶格原子而位于晶格格点处，常称为替位 式杂质。替位式杂质原子通常与被取代的晶格原子大小比较接近而且电子壳层
结构也相似。
n 用单位体积中的杂质原子数，也就是杂质浓度来定量描述杂质含量 多少，杂质浓度的单位为1/cm3
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
氢原子半径： 施主杂质半径：
r0
h2 0 q 2m0
r
h2 0 r
q2ຫໍສະໝຸດ m* nn2
m0 r
m
* n
r0
基态下（n=1），氢原子的轨道半径： r10.05n3m
实用文档
实用文档
实用文档
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级
2.1.5 杂质的补偿作用 当半导体中同时存在施主和受主杂质时，半导体
半导体晶体生长过程中的晶体缺陷研究
半导体晶体生长过程中的晶体缺陷研究引言：半导体材料在现代电子学和光电子学中起着重要的作用，而其性能的优劣主要取决于晶体质量。
晶体缺陷是晶体结构中存在的一些缺点，会对半导体的物理性质和电学特性产生明显的影响。
因此，研究半导体晶体生长过程中的晶体缺陷对于优化材料性能和提高半导体器件的性能至关重要。
一、晶体缺陷的分类：晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
1.点缺陷：点缺陷是最简单的晶体缺陷类型，包括空位、杂质原子和位错等。
其中，空位是晶体格点上缺失原子遗留下的空位，会影响材料的稳定性和电学特性。
杂质原子是不同元素的原子在晶体中的存在，可能改变材料的带隙和电导性能。
位错则是晶体中原子排列的不规则，影响晶体的机械性能和电学特性。
2.线缺陷：线缺陷是晶体结构中存在的线状缺陷，包括螺型位错、夹杂和失配等。
螺型位错是晶体中原子排列的螺旋型缺陷，可以引起晶体的弯曲或扭转。
夹杂是晶体中由于溶解度差异或生长时的杂质引起的不同组分区域。
失配则是晶体生长过程中的应力和晶体结构不匹配引起的线形缺陷。
3.面缺陷：面缺陷是晶体结构中存在的面状缺陷，包括晶体界面、晶体附面、缺陷堆垛和晶体表面等。
晶体界面是两个晶体颗粒之间的平面，对于异质结构和多晶体材料的器件性能具有重要影响。
晶体附面是晶体内部的平面缺陷，会导致晶体的变形和异质结构的扩散。
缺陷堆垛指晶体结构中缺陷的堆积，可能导致电子态能级的形成。
晶体表面是晶体的外界界面，对材料的表面电子态和化学活性起重要作用。
二、晶体缺陷的形成和影响：1.形成过程：晶体缺陷的形成与晶体生长过程中的热力学和动力学因素有关。
晶体生长过程中的高温、高压和杂质等因素会导致晶体缺陷的形成。
2.影响性能：晶体缺陷会影响半导体材料的物理性质和电学特性。
例如，晶体中的点缺陷会影响电子和电洞的传输，降低材料的载流子迁移率和电导率。
线缺陷会导致晶体的应力和拉伸，影响材料的机械性能。
而面缺陷则会影响材料的表面电子态和化学活性。
结晶学 第七章 线缺陷-位错
P
3
应力 T 有方向性，是位置的函数，还 是小面元法线方向 n 的函数，通常在直角 坐标系下描述某点的应力，可用九个分量 的张量(txx txy txz, tyx tyy tyz, tzxtzytzz)表示。 将应力T 分解为两个分量
n
σ T
(1) 沿小面元 dS 法线方向称作正应力s ； (2) 沿小面元 dS 切线方向称作切应力 τ 。
26
位错的普遍定义：一个柏格斯回路绕着晶体缺陷 作一闭合回路，其所走步数矢量和不为零，这个晶 体缺陷叫位错。 此前定义“位错是已滑移区与未滑移区的交界线”， 略显粗糙。
27
2、柏氏矢量的守恒性
一个确定的位错，其柏氏矢量是固定不变的（与伯格斯回路 的大小、路径无关）。 而且，它有如下表现： (1) 方向指向结点的位错线的柏氏矢量之和等于方向离开结 点的位错的柏氏矢量之和。
型
螺
右
正刃型
负刃型
b
型
螺
左
图7.1.12 具有环形位错线的混合型位错
18
晶体中存在的环形位错线不一定必须由各种类型的位错 构成。例如图7.1.13所示的环形位错线是纯刃型的，形成它 的滑移矢量与位错线是垂直的。
图7.1.13 具有环形位错线的刃型位错
19
7.2 柏氏矢量
滑移矢量的大小等于原子间距的整数倍，其大小可以反 映产生位错的数目或强度，依据其方向与位错线的交角可以 判断位错类型，但用其描述位错的特征尚有不足。 例如：
33
看几个实验结果：
① Ge单晶在温度T＜500℃，Si单晶在温度T＜650℃的条件 下，进行热处理，一般不产生位错； ② 无位错的Si单晶，屈服强度接近理论值。在800～900℃ 温度下进行热处理，施加较大的热应力也不产生位错增殖； ③ Si单晶薄片在室温下，施加机械应力使之弯曲，r (曲率 半径)在2m以上，不发生范性形变。 若晶体内应力超过晶体的屈服强度，将会出现位错。 讨论弯曲应力和温度应力产生的位错密度问题。
半导体晶体缺陷
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(AsGa vGa)、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。
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=
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
§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
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§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。
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
/
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。
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肖特基缺陷机制中， 只会产生间隙原子，不 会产生空位。
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
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
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2、肖特基缺陷
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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
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3、第三种缺陷
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)
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。
《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！！！
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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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。
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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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。
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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§6.1 点缺陷的基本概念
克 文 符 号
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§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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Байду номын сангаас
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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。
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。
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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。
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。