晶體位錯

位錯是晶體中局部滑移區域的邊界線，即是晶體中的一種線缺陷；它是決定金屬等晶體力學性質的基本因素，也對晶體的其他許多性質（包括晶體生長）有著嚴重的影響。通過化學腐蝕可在晶體表面上觀察到位錯的露頭處——腐蝕坑。

基本介紹

• 中文名：晶體位錯
• 屬性：是晶體中的一種線缺陷
• 觀察方法：化學腐蝕
• 詳細介紹：詳見正文

基本概念

典型的位錯有刃位錯(棱位錯)和螺旋位錯兩種。刃位錯的位錯線方向與滑移方向垂直，而螺旋位錯的位錯線方向與滑移方向平行。此外，還有所謂位錯環，這是在晶體內部的一個環形線，往往是由許多空位的集合——空洞塌陷而成。在Si、Ge中最簡單的位錯是60o棱位錯。因為Si、Ge晶體的最容易的滑移面是(111)面，最容易的滑移方向是<110>方向，故Si、Ge晶體中的位錯是在(111)面內、位錯線的方向是<110>方向，該位錯線與相鄰的滑移方向互相構成60夾角（即是兩個相鄰的<110>方向），故有60o棱位錯之稱。

相關影響

①位錯可起一定的施主和受主作用

Si、Ge中的60o棱位錯存在有一串懸掛鍵, 可以接受電子而成為一串負電中心, 起受主作用，也可以失去電子而成為一串正電中心, 起施主作用；這些受主或施主串形成的能級實際上組成一個一維的很窄的能帶。實驗測得的位錯能級是[Ev+(0.06±0.03)eV](Si中) 和 [Ec下(0.2~0.3)eV](Ge中), 都起受主作用(深受主能級)。不過, 單純的位錯即使濃度達到105/cm2,它所提供的載流子濃度也只是約1012/cm3，故對半導體的導電性能的影響實際上不大；但是, 當位錯密度較高時, 它將對n-型半導體中的施主有補償作用, 使電子濃度降低（對p-型半導體未發現位錯的補償作用）。

②位錯可使能帶發生變化

由於棱位錯周圍存在有張應變和壓應變, 則棱位錯能帶將發生禁頻寬度的變窄和變寬。因為體積形變為ΔV/Vo , 而使導帶底Ec和價帶頂Ev的改變為ΔEc =εc ΔV/Vo, ΔEv = εv ΔV/Vo ;於是禁頻寬度的變化為ΔEg = (εc －εv ) ΔV/Vo，式中εc和εv是形變勢常數（表示單位體積形變所引起的Ec和Ev的變化）。

③位錯是散射載流子的中心

位錯除了有一定的施主、受主和雜質補償的作用以外，位錯所造成的晶格畸變是散射載流子的中心, 將嚴重散射載流子, 影響遷移率; 不過在位錯密度<108/cm2時, 這種散射作用可忽略。但在n-型Si中, 位錯作為受主中心電離後即形成一條帶負電的線, 這將對載流子產生各向異性的散射作用。

④位錯起複合中心作用

位錯在半導體中形成的都是深能級, 起著複合中心的作用，將促進載流子的複合。

⑤位錯將促進雜質的沉積

位錯應力場與雜質的相互作用, 使得雜質優先沿位錯線沉積; 特別是在Si中溶解度小、擴散快的重金屬雜質 (Cu、Fe、Au等), 更容易沉積在位錯線上。這就將形成大量的深能級複合中心, 甚至引起導電通道。如果有一定量的C、O或N原子沉積在位錯線上 (實際上是處於某種鍵合狀態), 可以“釘”住位錯, 使得位錯不易滑移和攀移, 這將使Si片的強度大大提高。