
【化】 point defect
點缺陷(Point Defect)是晶體材料中原子尺度上的局部結構偏離現象,指晶體内部單個原子位置或鄰近區域出現的微觀缺陷。根據形成機制和結構特征,主要分為以下三類:
空位缺陷(Vacancy Defect)
晶體結點上的原子缺失形成的空位,是熱力學平衡狀态下必然存在的缺陷類型。例如金屬銅在高溫下會因原子熱振動産生空位。這類缺陷會影響材料的導電性和擴散行為。
間隙原子(Interstitial Atom)
外來原子嵌入晶體結構的間隙位置,常見于合金材料中。例如碳原子嵌入鐵晶格間隙形成的奧氏體鋼,顯著提升了材料硬度。
置換原子(Substitutional Defect)
外來原子取代晶格中的基體原子,如半導體材料中磷原子替換矽原子形成N型半導體。這種缺陷對電子器件的電學性能具有決定性作用。
點缺陷會改變材料的物理化學性質,例如:
其中$E_v$為空位形成能,$k$為玻爾茲曼常數,$T$為溫度
在工程領域,點缺陷研究對開發新型功能材料、提高半導體器件性能具有重要意義。美國材料學會(MRS)2024年報告指出,精準控制點缺陷已成為納米電子器件微型化的關鍵技術路徑。
點缺陷是晶體材料中的一種微觀結構缺陷,指在晶格中某一局部位置(原子尺度範圍内)出現的結構不完整性,屬于零維缺陷。其核心特征如下:
點缺陷表現為晶格中單個原子位置的異常,例如原子缺失(空位)、間隙原子(擠入晶格間隙的原子)或外來雜質原子取代晶格原子。這類缺陷在三維空間上的尺寸均與原子尺度相當,因此被稱為“點”缺陷。
點缺陷主要由熱力學漲落引起,高溫下原子熱振動加劇,導緻部分原子脫離平衡位置,因此也被稱為熱缺陷。
點缺陷會改變晶體的物理性質(如導電性、擴散速率),在半導體材料、金屬加工等領域有重要應用。例如,摻雜半導體中的雜質原子即屬于有意引入的點缺陷。
注:以上内容綜合了晶體學領域的定義,未包含“缺陷”的廣義解釋(如-10)。如需擴展其他領域(如法律中的“産品缺陷”),可進一步說明。
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