點缺陷

點缺陷指對晶體的擾動（除相關的彈性應變外）在任何方向上僅波及幾個原子間距的結構缺陷。最簡單的點缺陷為點陣空位和填隙原子，前者是空缺一個原子的正常陣點，稱為肖脱基缺陷；後者是佔據點陣間隙位置的原子。一對相距較近而處於亞平衡狀態的空位和填隙原子稱為夫倫克耳缺陷。在一定温度T 時，形成能量為Ui的點缺陷存在一定的熱力學平衡濃度ci∝exp(-Ui/kT)。例如Au在600℃時，106個原子裏有8個，當温度升至1000℃時，104個原子中就有5個。此外，通過淬火、輻照、摻雜、範性形變和改變化學配比等多種方式也能引入大量非平衡點缺陷。晶體中的外來原子，即雜質或溶質原子，是稱作化學缺陷的另一類點缺陷，它們可以以代位或填隙方式存在。

點缺陷的概念最先是為解釋離子晶體的導電性而提出來的。半個世紀來，點缺陷的理論和實驗研究已在各種鍵合類型的晶體中廣泛展開。點缺陷是晶體中物質輸運過程的主要媒介，是一系列弛豫現象的物理根源，也是容納晶體對化學配比偏離的重要方式。點缺陷還可以交互作用形成多種複合點缺陷、點缺陷羣，構成有序化結構及各種廣延缺陷，因而對於晶體結構敏感的許多性質有着至關重要的影響。

點缺陷是晶體中晶格上的一種局部錯亂，影響範圍只有鄰近幾個粒子。根據點缺陷不同的成因可以將點缺陷分為下面三類：本徵缺陷、雜質缺陷和電子缺陷。

本徵缺陷的類型是，在點陣中晶格結點出現空位，或在不該有粒子的間隙上多出了粒子（間隙粒子）。此外，還可能是一種粒子佔據了另一種粒子應該佔據的位置形成錯位。這些缺陷的產生，主要由於粒子的熱運動。任何高於OK的實際晶體，晶格結點上的粒子都在其平衡位置附近做熱運動，若干能量較高的粒子脱離其平衡位置從而形成缺陷。

雜質缺陷是點缺陷中數目最多的一類。半徑較小的雜質粒子常以間隙粒子進入晶體。離子晶體中如果雜質離子的氧化數與所取代的離子不一致，就會給晶體帶來額外電荷。這些額外電荷必須通過其他相反電荷的離子來補償或通過產生空位來抵消，以保持整個晶體的電中性。雜質缺陷一般並不改變原基質晶體的晶格，但會因晶格畸化而活化，為粒子的遷移提供條件。

電子缺陷則可以認為是以上兩類缺陷引起的一種電子效應缺陷。按照能帶理論，OK下大多數半導體材料的純

淨完整晶體都是電絕緣體，但在高於OK的温度下，由於熱激發、光輻照等因素會使少數電子從滿帶激發到導帶，原來滿帶中被這些電子佔據的能級便空餘出來，能帶中的這些空軌道稱為空穴。滿帶中的空穴和導帶中的部分電子是使半導體導電的主要原因，可見，實際晶體中的微量雜質和其他缺陷改變了晶體的能帶結構並控制着其中電子和空穴的濃度及其運動，對晶體的性能具有重要的影響。

晶體生長過程中的點缺陷，可以通過數值模擬方法進行預測。數值模擬是用來獲得廉價的完整的和全面細節的結晶過程，以此方法用來預測晶體生長及改善晶體生長技術。對於無經驗人員,可以形象化展示熔體流動的歷史點缺陷，通過晶體生長仿真軟件FEMAG可以預知在晶體生長過程中的點缺陷（自裂縫和空缺） ^[2]  。