晶體缺陷

晶體結構中質點排列的某種不規則性或不完善性。又稱晶格缺陷。表現為晶體結構中局部範圍內，質點的排布偏離周期性重複的空間格子規律而出現錯亂的現象。根據錯亂排列的展布範圍，分為下列3種主要類型。①點缺陷，只涉及到大約一個原子大小範圍的晶格缺陷。它包括：晶格位置上缺失正常應有的質點而造成的空位；由於額外的質點充填晶格空隙而產生的填隙；由雜質成分的質點替代了晶格中固有成分質點的位置而引起的替位等（圖1）。在類質同象混晶中替位是一種普遍存在的晶格缺陷。②線缺陷，是沿著晶格中某條線的周圍，在大約幾個原子間距的範圍內出現的晶格缺陷。位錯是其主要的表現形式。具有位錯的晶體結構，可看成是局部晶格沿一定的原子面發生晶格的滑移的產物。滑移不貫穿整個晶格，晶體缺陷到晶格內部即終止，在已滑移部分和未滑移部分晶格的分界處造成質點的錯亂排列，即位錯。這個分界外，即滑移面在晶格內的終止線，稱為位錯線。位錯有兩種基本類型：位錯線與滑移方向垂直，稱刃位錯，也稱棱位錯；位錯線與滑移方向平行，則稱螺旋位錯。刃位錯恰似在滑移面一側的晶格中額外多了半個插入的原子面，後者在位錯線處終止（圖2）。螺旋位錯在相對滑移的兩部分晶格間產生一個台階，但此台階到位錯線處即告終止，整個面網並未完全錯斷，致使原來相互平行的一組面網連成了恰似由單個面網所構成的螺旋面（圖3）。③面缺陷，是沿著晶格內或晶粒間的某個面兩側大約幾個原子間距範圍內出現的晶格缺陷。主要包括堆垛層錯以及晶體內和晶體間的各種界面，如小角晶界、疇界壁、雙晶界面及晶粒間界等。其中的堆垛層錯是指沿晶格內某一平面，質點發生錯誤堆垛的現象。如一系列平行的原子面，原來按ABCABCABC……的順序成周期性重複地逐層堆垛，如果在某一層上違反了原來的順序，如表現為ABCABCAB│ABCABC ……,則在劃線處就出現一個堆垛層錯，該處的平面稱為層錯面。堆垛層錯也可看成晶格沿層錯面發生了相對滑移的結果。小角晶界是晶粒內兩部分晶格間不嚴格平行，以微小角度的偏差相互拼接而形成的界面。它可以看成是由一系列位錯平行排列而導致的結果。在具有所謂鑲嵌構造（圖4）的晶格中，各鑲嵌塊之間的界面就是一些小角晶界。也有人把晶體中的包裹體等歸為晶體缺陷而再分出一類體缺陷。

晶體缺陷有的是在晶體生長過程中，由於溫度、壓力、介質組分濃度等變化而引起的；有的則是在晶體形成后，由於質點的熱運動或受應力作用而產生。它們可以在晶格內遷移，以至消失；同時又可有新的缺陷產生。

晶體缺陷的存在對晶體的性質會產生明顯的影響。實際晶體或多或少都有缺陷。適量的某些點缺陷的存在可以大大增強半導體材料的半導電性和發光材料的發光性，起到有益的作用；而位錯等缺陷的存在，會使材料易於斷裂，比近於沒有晶格缺陷的晶體的抗拉強度，降低至幾十分之一。