晶体位错 - DGSO百科
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晶体位错 百科内容来自于: 百度百科

位错是晶体中局部滑移区域的边界线,即是晶体中的一种线缺陷;它是决定金属等晶体力学性质的基本因素,也对晶体的其他许多性质(包括晶体生长)有着严重的影响。通过化学腐蚀可在晶体表面上观察到位错的露头处——腐蚀坑。

基本概念

典型的位错有 刃位错(棱位错)和 螺旋位错两种。刃位错的位错线方向与滑移方向垂直,而螺旋位错的位错线方向与滑移方向平行。此外,还有所谓 位错环,这是在晶体内部的一个环形线,往往是由许多空位的集合——空洞塌陷而成。在Si、Ge中最简单的位错是 60o棱位错。因为Si、Ge晶体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晶体中的位错是在(111)面内、位错线的方向是<110>方向,该位错线与相邻的滑移方向互相构成60夹角(即是两个相邻的<110>方向),故有60o棱位错之称。

半导体中位错的电性质及其影响

①位错可起一定的施主和受主作用

Si、Ge中的60o棱位错存在有一串悬挂键, 可以接受电子而成为一串负电中心, 起受主作用,也可以失去电子而成为一串正电中心, 起施主作用;这些受主或施主串形成的能级实际上组成一个一维的很窄的能带。实验测得的位错能级是[Ev+(0.06±0.03)eV](Si中) 和 [Ec下(0.2~0.3)eV](Ge中), 都起受主作用(深受主能级)。不过, 单纯的位错即使浓度达到105/cm2,它所提供的载流子浓度也只是约1012/cm3,故对半导体的导电性能的影响实际上不大;但是, 当位错密度较高时, 它将对n-型半导体中的施主有补偿作用, 使电子浓度降低(对p-型半导体未发现位错的补偿作用)。

②位错可使能带发生变化

由于棱位错周围存在有张应变和压应变, 则棱位错能带将发生禁带宽度的变窄和变宽。因为体积形变为ΔV/Vo , 而使导带底Ec和价带顶Ev的改变为ΔEc =εc ΔV/Vo, ΔEv = εv ΔV/Vo ;于是禁带宽度的变化为ΔEg = (εc -εv ) ΔV/Vo,式中εc和εv是形变势常数(表示单位体积形变所引起的Ec和Ev的变化)。

③位错是散射载流子的中心

位错除了有一定的施主、受主和杂质补偿的作用以外,位错所造成的晶格畸变是散射载流子的中心, 将严重散射载流子, 影响迁移率; 不过在位错密度<108/cm2时, 这种散射作用可忽略。但在n-型Si中, 位错作为受主中心电离后即形成一条带负电的线, 这将对载流子产生各向异性的散射作用。

④位错起复合中心作用

位错在半导体中形成的都是深能级, 起着复合中心的作用,将促进载流子的复合。

⑤位错将促进杂质的沉积

位错应力场与杂质的相互作用, 使得杂质优先沿位错线沉积; 特别是在Si中溶解度小、扩散快的重金属杂质 (Cu、Fe、Au等), 更容易沉积在位错线上。这就将形成大量的深能级复合中心, 甚至引起导电通道。如果有一定量的C、O或N原子沉积在位错线上 (实际上是处于某种键合状态), 可以“钉”住位错, 使得位错不易滑移和攀移, 这将使Si片的强度大大提高。