[科普中国]-电荷缺陷

电荷缺陷（Charge defect）也称为非化学计量结构缺陷，存在于非化学计量化合物中，由于热能和其他能量传递激发电子跃迁，产生空穴和电子形成附加电场引起周期势场的畸变，造成晶体的不完整性。在工业上有着广泛的应用。

电荷缺陷的定义电荷缺陷（Charge defect）也称为非化学计量结构缺陷，存在于非化学计量化合物中，由于热能和其他能量传递激发电子跃迁，产生空穴和电子形成附加电场引起周期势场的畸变，造成晶体的不完整性。

电荷缺陷的原理非化学计量结构缺陷的形成需要在化合物中或掺入或有多价态元素组分，如过渡金属氧化物。当环境中的气氛和分压改变时，引起化合物的组成偏离化学计量关系，形成电荷缺陷。晶体中某些质点个别电子处于激发状态，有的离开原来质点，形成自由电子，在原来电子轨道上留下了电子空穴。孔穴也可以导电，这样虽末破坏原子排列的周期性，在由于孔穴和电子分别带有正负电荷，在它们附近形成一个附加电场，引起周期势场畸变，造成晶体不完整性称电荷缺陷。1

举例说明如在还原气氛中形成的TiO2-x，晶体机构中缺少氧离子，只有部分钛离子从四价变成三价才可保持电中性。当高价或低价的杂质原子代替晶体中空间点阵中固有的原子，不仅形成了组成缺陷，而且也造成电荷缺陷。

比如：纯半导体禁带较宽，价电带电子很难越过禁带进入导带，导电率很低，为改善导电性，可采用掺加杂质的办法，如在半导体硅中掺入P和B，掺入一个P，则与周围Si原子形成四对共价键，并导出一个电子，叫施主型杂质，这个多余电子处于半束缚状态，只须填加很少能量，就能跃迁到导带中，它的能量状态是在禁带上部靠近导带下部的一个附加能级上，叫施主能级，叫n型半导体。当掺入一个B，少一个电子，不得不向其它Si原子夺取一个电子补充，这就在Si原子中造成空穴，叫受主型杂质，这个空穴也仅增加一点能量就能把价带中电子吸过来，它的能量状态在禁带下部靠近价带顶部一个附加能级，叫受主能级，叫P型半导体，自由电子，空穴都是晶体一种电荷缺陷。2

电荷缺陷的工业应用电荷缺陷是一种点缺陷，原子偏离正常的平衡位置，发生微量位移，破坏了原子排列的规律性，造成晶格畸变，使电子在传导时散射增加，从而增加了电阻，空位的存在还使晶体密度下降，体积增大，高温下大量空位存在与运动使晶体发生蠕变。高温快速冷却保留的或经辐照处理后的大量空位还可能形成空位片，或者与其他晶体缺陷发生交互作用，提高材料的强度，但相对的韧性下降。空位和间隙原子的运动是晶体内原子扩散的内部原因，而扩散又是烧结等加工工艺过程的基础。3

本词条内容贡献者为:

杨剑虹 - 教授 - 西南大学