Khuyết tật trong chất rắn

Một phần của tài liệu Vật lý điện tử và bán dẫn (Trang 27 - 29)

Một loại khuyết tật mà tất cả các tinh thể đều có là dao động. Đơn tinh thể hoàn hảo chứa những hạt (nguyên tử, phân tửhoặc ion) tại các nút mạng, những hạt này cách nhau một khoảng bằng hằng số. Ngoài ra, các hạt trong tinh thể có một năng lượng nhiệt nào đó, nó là hàm theo nhi ệt độ. Năng lượng nhiệt này làm cho những hạt dao động ngẫu nhiên quanh những điểm mạng cân bằng. Dao động nhiệt ngẫu nhiên này làm cho khoảng cách giữa các nguyên tử biến đổi một cách ngẫu nhiên, phá vỡ sự sắp xếp tuần hoàn của những nguyên tử. Khuyết tật này được gọi là dao động mạng ảnh hưởng đến những đại lượng điện như chúng ta sẽ thấy sau này trong quá trình khảo sát tính chất của vật liệu bán dẫn.

Một loại khuyết tật khác là sai hỏng điểm. Có vài loại mà chúng ta cần xem xét. Trong một mạng đơn tinh thể lí tưởng, những nguyên tử được sắp xếp một cách tuần hoàn đều đặn. Tuy nhiên, trong tinh thể thực, một nguyên tử có thể bị mất ở một mặt mạng nào đó. Khuyết tật này được gọi là nút khuyết; nó được biễu diễn bằng đồ thị trong hình 1.17a. Trong trường hợp khác, một nguyên tử có thể được đặt vào giữa những mặt mạng. Sai hỏng này được gọi là sai hỏng ngoài nút và được biễu diễn trong hình 1.17b. Trong trường hợp sai hỏng chỗ khuyết và sai hỏng ngoài nút, không chỉsựsắp xếp hình học của nguyên tử bịphá vỡmà liên kết hóa học lí tưởng giữa những nguyên tử cũng bị gián đoạn, điều này dẫn đến làm thay đổi tính chất điện của vật liệu. Sai hỏng chỗ khuyết và sai hỏng ngoài nút nếu đặt gần nhau sẽ tương tác nhau và hình thành sai hỏng chỗ khuyết-ngoài nút. Sai hỏng chỗ khuyết-ngoài nút này còn được gọi là sai hỏng Frenkel tạo ra những ảnh hưởng khác biệt so với những sai hỏng chỗ khuyết và sai hỏng ngoài nút riêng lẻ.

Sai hỏng điểm liên quan đến vị trí của từng nguyên tử hoặc một nguyên tử. Trong sự hình thành vật liệu đơn tinh thể, những sai hỏng phức tạp hơn có thể xuất hiện. Chẳng hạn sai hỏng đường xuất hiện khi dãy các nguyên tử bị thiếu trong một mặt mạng. Sai hỏng này được gọi là sựlệch đường và được biễu diễn trong hình 1.18. Cũng như đối với sai hỏng điểm, sự lệch đường làm gián đọan cả sự tuần hoàn hình học đều đặn của mạng và những liên kết nguyên tử lí

tưởng trong tinh thể. Sự lệch này cũng có thể làm thay đổi tính chất điện của vật liệu, thường là theo những cách thức không thể tiên đóan được như đối với sai hỏng điểm.

Những sự lệch phức tạp khác cũng có thể hình thành trong mạng tinh thể. Phần nhập môn này chỉ muốn đưa vào một vài loại sai hỏng cơ bản và chứng tỏ rằng tinh thể thực không nhất thiết là một cấu trúc tinh thể hoàn hảo. Ảnh hưởng của những sai hỏng này đến tính chất điện của bán dẫn sẽ được xét trong chương sau.

Một phần của tài liệu Vật lý điện tử và bán dẫn (Trang 27 - 29)