電荷缺陷（Charge defect）也稱為非化學計量結構缺陷，存在於非化學計量化合物中，由於熱能和其他能量傳遞激發電子躍遷，產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。在工業上有著廣泛的套用。
基本介紹
- 中文名：電荷缺陷
- 外文名：Charge defect
- 別名：非化學計量結構缺陷
- 套用：材料學
電荷缺陷的定義,舉例說明,電荷缺陷的工業套用,
電荷缺陷的定義
電荷缺陷（Charge defect）也稱為非化學計量結構缺陷，存在於非化學計量化合物中，由於熱能和其他能量傳遞激發電子躍遷，產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計量結構缺陷的形成需要在化合物中或摻入或有多價態元素組分，如過渡金屬氧化物。當環境中的氣氛和分壓改變時，引起化合物的組成偏離化學計量關係，形成電荷缺陷。晶體中某些質點個別電子處於激髮狀態，有的離開原來質點，形成自由電子，在原來電子軌道上留下了電子空穴。孔穴也可以導電，這樣雖末破壞原子排列的周期性，在由於孔穴和電子分別帶有正負電荷，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。
舉例說明
如在還原氣氛中形成的TiO2-x，晶體機構中缺少氧離子，只有部分鈦離子從四價變成三價才可保持電中性。當高價或低價的雜質原子代替晶體中空間點陣中固有的原子，不僅形成了組成缺陷，而且也造成電荷缺陷。
比如：純半導體禁帶較寬，價電帶電子很難越過禁帶進入導帶，導電率很低，為改善導電性，可採用摻加雜質的辦法，如在半導體矽中摻入P和B，摻入一個P，則與周圍Si原子形成四對共價鍵，並導出一個電子，叫施主型雜質，這個多餘電子處於半束縛狀態，只須填加很少能量，就能躍遷到導帶中，它的能量狀態是在禁帶上部靠近導帶下部的一個附加能級上，叫施主能級，叫n型半導體。當摻入一個B，少一個電子，不得不向其它Si原子奪取一個電子補充，這就在Si原子中造成空穴，叫受主型雜質，這個空穴也僅增加一點能量就能把價帶中電子吸過來，它的能量狀態在禁帶下部靠近價帶頂部一個附加能級，叫受主能級，叫P型半導體，自由電子，空穴都是晶體一種電荷缺陷。
電荷缺陷的工業套用
電荷缺陷是一種點缺陷，原子偏離正常的平衡位置，發生微量位移，破壞了原子排列的規律性，造成晶格畸變，使電子在傳導時散射增加，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動使晶體發生蠕變。高溫快速冷卻保留的或經輻照處理後的大量空位還可能形成空位片，或者與其他晶體缺陷發生互動作用，提高材料的強度，但相對的韌性下降。空位和間隙原子的運動是晶體內原子擴散的內部原因，而擴散又是燒結等加工工藝過程的基礎。
