硅中的位错

    

    目前，大多教科书中描述的刃位错和螺位错都是对简单的立方晶体结构而言的。硅的晶体结构属于金刚石结构，其位错模型与简单的立方晶体结构模型不同。与立方晶体结构相比，金刚石结构比较复杂，从晶体结构的特点分析，硅晶体中可以有多种位错。位错是太阳能电池用直拉单晶硅中的主要缺陷。

    1．位错的滑移矢量（柏格斯矢量）和滑移面

    由热力学的原理我们知道，晶体中位错的稳定原子组态应该是能量最低的组态。一般来说，由于单位长度位错线的能量正比于柏格斯矢量长度的平方，位错的柏格斯矢量的最优先的方向应该是原子密度最大的方向，并且其长度等于最邻近原子的间距，而最优先的滑移面应该是原子的密排面（一般来说密排面之间的键合最弱）。在金刚石结构的晶体硅中，〈110〉晶向上的原子线密度最大，因此金刚石晶体硅中位错的最常见的柏格斯矢量为1/2a〈110〉（其长度为沿晶胞的面对角线方向上的原子间距）。在金刚石结构的晶体中，原子面密度最大、面间键密度最小的面为｛111｝双层密排面。因此｛111｝面是金刚石结构的晶体中位错滑移最容易产生的滑移面。

    2．位错线的方向

    硅这样的金刚石结构的晶体中位错线的优先方向为〈110〉晶向。这样的位错主要有两种：柏格斯矢量与位错线平行的纯螺型位错，以及柏格斯矢量与位错线方向成60°角的60°混合位错。其他可能有的位错有：滑移面也为｛111｝晶面、位错线方向为〈211〉晶向的30°、90°的位错（纯刃型位错），滑移面为｛100｝晶面、位错线方向为〈110〉晶向的90°位错（纯刃型位错），滑移面为｛100｝晶面、位错线方向为〈100〉晶向的45°位错，等等。对于硅中位错的实验观察表明，硅中的位错强烈地趋向于｛111｝晶面上的纯螺型或60°混合型。

    3．金刚石结构晶体的位错模型

    Hornstra［2］提出了金刚石结构晶体的位错模型，纯螺型位错的原子组态如图3－31所示。图中a是位错线，在｛111｝面上的〈110〉方向，与柏格斯矢量b平行。60°混合型位错的原子组态如图3－32所示。60°混合型位错虽然也有额外的半原子面，但是其位错线的方向与柏格斯矢量的方向之间成60°角，区别于纯刃型位错，图3－33为纯刃型位错。

    

图3－31　纯螺型位错的原子组态

    

图3－32　60°混合型位错的原子组态

    

图3－33　纯刃型位错