[科普中國]-電荷缺陷

電荷缺陷（Charge defect）也稱為非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷，存在于非化學(xué)計量化合物中，由于熱能和其他能量傳遞激發(fā)電子躍遷，產(chǎn)生空穴和電子形成附加電場引起周期勢場的畸變，造成晶體的不完整性。在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。

電荷缺陷的定義電荷缺陷（Charge defect）也稱為非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷，存在于非化學(xué)計量化合物中，由于熱能和其他能量傳遞激發(fā)電子躍遷，產(chǎn)生空穴和電子形成附加電場引起周期勢場的畸變，造成晶體的不完整性。

電荷缺陷的原理非化學(xué)計量結(jié)構(gòu)缺陷的形成需要在化合物中或摻入或有多價態(tài)元素組分，如過渡金屬氧化物。當(dāng)環(huán)境中的氣氛和分壓改變時，引起化合物的組成偏離化學(xué)計量關(guān)系，形成電荷缺陷。晶體中某些質(zhì)點(diǎn)個別電子處于激發(fā)狀態(tài)，有的離開原來質(zhì)點(diǎn)，形成自由電子，在原來電子軌道上留下了電子空穴?？籽ㄒ部梢詫?dǎo)電，這樣雖末破壞原子排列的周期性，在由于孔穴和電子分別帶有正負(fù)電荷，在它們附近形成一個附加電場，引起周期勢場畸變，造成晶體不完整性稱電荷缺陷。1

舉例說明如在還原氣氛中形成的TiO2-x，晶體機(jī)構(gòu)中缺少氧離子，只有部分鈦離子從四價變成三價才可保持電中性。當(dāng)高價或低價的雜質(zhì)原子代替晶體中空間點(diǎn)陣中固有的原子，不僅形成了組成缺陷，而且也造成電荷缺陷。

比如：純半導(dǎo)體禁帶較寬，價電帶電子很難越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，導(dǎo)電率很低，為改善導(dǎo)電性，可采用摻加雜質(zhì)的辦法，如在半導(dǎo)體硅中摻入P和B，摻入一個P，則與周圍Si原子形成四對共價鍵，并導(dǎo)出一個電子，叫施主型雜質(zhì)，這個多余電子處于半束縛狀態(tài)，只須填加很少能量，就能躍遷到導(dǎo)帶中，它的能量狀態(tài)是在禁帶上部靠近導(dǎo)帶下部的一個附加能級上，叫施主能級，叫n型半導(dǎo)體。當(dāng)摻入一個B，少一個電子，不得不向其它Si原子奪取一個電子補(bǔ)充，這就在Si原子中造成空穴，叫受主型雜質(zhì)，這個空穴也僅增加一點(diǎn)能量就能把價帶中電子吸過來，它的能量狀態(tài)在禁帶下部靠近價帶頂部一個附加能級，叫受主能級，叫P型半導(dǎo)體，自由電子，空穴都是晶體一種電荷缺陷。2

電荷缺陷的工業(yè)應(yīng)用電荷缺陷是一種點(diǎn)缺陷，原子偏離正常的平衡位置，發(fā)生微量位移，破壞了原子排列的規(guī)律性，造成晶格畸變，使電子在傳導(dǎo)時散射增加，從而增加了電阻，空位的存在還使晶體密度下降，體積增大，高溫下大量空位存在與運(yùn)動使晶體發(fā)生蠕變。高溫快速冷卻保留的或經(jīng)輻照處理后的大量空位還可能形成空位片，或者與其他晶體缺陷發(fā)生交互作用，提高材料的強(qiáng)度，但相對的韌性下降?？瘴缓烷g隙原子的運(yùn)動是晶體內(nèi)原子擴(kuò)散的內(nèi)部原因，而擴(kuò)散又是燒結(jié)等加工工藝過程的基礎(chǔ)。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊劍虹 - 教授 - 西南大學(xué)