1. 點(diǎn)缺陷（point defects）.
晶格中，局部晶體結(jié)構(gòu)的一種不規(guī)則性（周期性的破壞），其尺度為晶格常數(shù)量級。
a. 空位（lattice vacancy）與填隙基質(zhì)原子（interstitial position）：空位有肖特基缺陷(Schottky defect)和弗侖克爾缺陷(Frenkel defect)兩種, 見圖6-1。
 
圖6-1 圖6-2
晶體的內(nèi)部只有空位，這樣的熱缺陷叫肖特基缺陷。原子脫離格點(diǎn)后，并不在晶體內(nèi)部構(gòu)成填隙原子，而是跑到晶體表面上正常的位置，構(gòu)成新的一層。在一定的溫度下，晶體內(nèi)部的空位和表面 上的原子處于平衡。
原子脫離格點(diǎn)后，形成填隙原子，這樣的缺陷叫弗侖克爾缺陷。在這里，空位和填隙原子的數(shù)目相等，在一定的溫度下，弗侖克爾缺陷的產(chǎn)生和復(fù)合的過程相平衡。
晶體表面上的原子跑到晶體內(nèi)部的間隙位置，這時晶體內(nèi)部只有填隙原子。在一定溫度下，這些填隙原子和晶體表面上的原子處于平衡狀態(tài).
b. 填隙雜質(zhì)原子：（見圖6-2）
由于形成填隙原子所需要的能量比形成肖脫基空位缺陷的高，故對大多數(shù)情形，特別是在溫度不太高時，肖脫基缺陷存在的可能性要比弗侖克爾缺陷的可能性大得多。但是對于某些特殊情形，特別是當(dāng)外來的雜質(zhì)原子比晶體本身的原子小時，這些比較小的外來原子很可能存在于間隙位置。如經(jīng)高溫高壓摻碳處理過的鋼鐵，有很高的強(qiáng)度，可用于制造槍管。
c. 替位式雜質(zhì)原子（離子）：
為了有目的地改善晶體的某種性能，常常有控制地在晶體中引進(jìn)某類外來原子（離子），形成替位式雜質(zhì)(substitutional impurity)。如在半導(dǎo)體的制備過程中，在高純的鍺、硅單晶體中有控制地?fù)饺胛⒘康娜齼r雜質(zhì)硼、鋁、鎵、銦等或微量的五價雜質(zhì)磷、砷、銻等，可以使鍺、硅的電學(xué)性能有很大的改變。〖詳見《半導(dǎo)體物理學(xué)》劉恩科等著，國防工業(yè)出版社〗又如在Pb(ZrxTi1-x)O3鐵電陶瓷中加入La, Nd, Bi等“軟鐵”添加劑，這些原子占據(jù)Pb的位置，能提高該鐵電材料的介電常數(shù)，降低該材料的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)；當(dāng)添加Fe, Co, Mn等“硬性”添加劑后，這些原子占據(jù)Zr或Ti的格點(diǎn), 能顯著提高該鐵電材料的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。又如在剛玉中加入Cr3+, 成為紅寶石。（第一臺激光器是紅寶石激光器）
d. 色心（colour centre）：能吸收光的點(diǎn)缺陷稱為色心。完善的（離子）晶體是無色透明的, 眾多的色心缺陷能使晶體呈現(xiàn)一定顏色。典型的色心是F心 , 它是離子晶體中負(fù)離子空位束縛一個電子的組合。
F心是由德文Farbe-Zentrum譯過來的, 意指色心
堿金屬鹵化物晶體在堿金屬蒸汽氣氛下加熱驟冷，在高溫下出現(xiàn)空位與填隙原子。
LiCl 從透明變成粉紅 ┐?
NaCl 從透明變成淡黃 ├? 產(chǎn)生F心(其吸收光譜見圖6-3)
KCl 從透明變成紫色 ┘
這類似于肖脫基缺陷 (相對于單質(zhì)原子而言) ，形成類氫原子結(jié)構(gòu)。若放在鹵素元素蒸汽內(nèi), 則形成負(fù)電中心(V中心)，產(chǎn)生V帶。
圖6-3
〖問題1：在精確計(jì)算之前, 請粗略估計(jì)色心的吸收光波長與晶格常數(shù)之間的關(guān)系。
 ； ； .〗
為簡單起見, 對晶格常數(shù)為a的離子晶體, 設(shè)勢井寬度為a/2. 根據(jù)量子力學(xué)可知, 該束縛電子的能量為:
 (6-1)
其中m為電子質(zhì)量, n為整數(shù), n=1時為基態(tài), n=2時為第一激發(fā)態(tài). 電子從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)所吸收的能量:
 (6-2)
從(6-2)式可以推論，吸收光的波長與晶格常數(shù)的平方成正比： 。這便是著名的莫羅關(guān)系?？梢婋x子尺寸越小，F(xiàn)心吸收光的波長就越短。
2. 線缺陷
周期性的破壞局域在線附近, 一般指位錯（dislocation）。位錯理論是30年代為了解釋金屬的范性形變（塑性）而發(fā)展起來的 。雖然最初位錯慨念是為了說明機(jī)械強(qiáng)度提出的，但是后來人們發(fā)現(xiàn)，它影響著晶體的力學(xué)，電學(xué)，光學(xué)等方面的性能，并且直接關(guān)系到晶體的生長過程。
刃形位錯(edge dislocation)，見圖6-4，以 符號表示, 其布氏矢量與位錯線相垂直。
鏍旋位錯(screw dislocation)，見圖6-5，布氏矢量與位錯線相平行。
混合位錯，刃形位錯 + 鏍旋位錯。
 
圖6-4刃形位錯 圖6-5鏍旋位錯
布氏矢量：從實(shí)際晶體中任意一個原子M出發(fā), 環(huán)繞位錯作一閉合回路MNOPQ（布氏回路）, 回路的每一步都連接相鄰的原子; 按同樣的方法在完整晶體中作相同的回路, 這時它的終點(diǎn)Q和起點(diǎn)M不能重合, 故需自終點(diǎn)Q到起點(diǎn)M引一矢量QM使回路閉合, 這矢量就是此位錯的布氏矢量（圖6-6）。
a)圍繞完整晶體的布氏矢量 b)圍繞一個刃型位錯的布氏回路
位錯性質(zhì)：位錯線不能終止于晶體內(nèi)部, 只能終止于晶體表面。晶體內(nèi)部的位錯環(huán)是由一對反向的刃形位錯及一對反向的鏍旋位錯組成。
(1) 當(dāng)位錯線的運(yùn)動方向與布氏矢量相平行時，稱為位錯的滑移；當(dāng)位錯線的運(yùn)動方向與布氏矢量相垂直時，稱為位錯攀移。位錯線通過滑移和攀移可產(chǎn)生或消滅空位;
(2) 位錯與雜質(zhì)原子：由于位錯線附近數(shù)原子間距的范圍內(nèi)存在著應(yīng)力場，晶格自由能升高；當(dāng)半徑小的雜質(zhì)原子處于刃上向或半徑大的雜質(zhì)原子處于刃下方時，可緩解晶格應(yīng)力，降低晶格自由能，從而，位錯線與雜質(zhì)這一組態(tài)得到穩(wěn)定（如圖6-7）；我們要么說位錯線被雜質(zhì)原子所釓扎（當(dāng)位錯線運(yùn)動為主時），要么說 雜質(zhì)原子趨于處在位錯線附近（當(dāng)雜質(zhì)的運(yùn)動為主時）；并且，雜質(zhì)容易沿位錯線擴(kuò)散。
位錯與晶體生長：如果把原子看作一立方體，當(dāng)原子處于晶體的表面時，則表面積增加了4個正方面；當(dāng)原子處于一臺階的內(nèi)則，則表面積增加了2個正方面，此時如果在這原子旁再增加1個原子，則表面積沒有增加。由于表面能為正，如果每增加一原子所帶來的表面積增加越多，則自由能也越高，則原子不穩(wěn)定；反之，則原子容易穩(wěn)定，有助于晶體生長。螺旋位錯正好為晶體的生長提供了這一條件（見圖6-9，晶體生長方向與螺位錯線的方向平行）。
圖6-7
位錯的觀察: 刻蝕法, 位錯線附近的自由能高, 易被刻蝕，可從光學(xué)顯微鏡中觀察；也可直接從TEM觀察。
位錯密度：, 位錯線總長度/晶體體積；一般有102～1012/cm2。
圖6-9單晶體生長形貌與螺位錯
3. 面缺陷
a.小角晶界(small angle boundary)：可看作由一排刃形位錯構(gòu)成（圖6-8）。
b.堆垛層錯(stacking fault)：如對fcc結(jié)構(gòu)，沿[111]方向的晶面排列為: ABCABCABCBCABC, 中缺少了一層A面。
c.晶界（grainboundary; 包括扭轉(zhuǎn)晶界、孿晶界、非共格晶界等）。
圖6-10 Al Σ?9 112<110>晶界的高分辨電子顯微鏡像。插圖為用嵌入原子的弛豫原子法對相同晶界進(jìn)行模擬計(jì)算的結(jié)果。[D.A.Muller,M.J. Mills,Materials Science and Engineering, A260 (1999) 12-28]
圖6-11 Ni0.76Al0.24:500ppm B的小角晶界（傾斜7°?）的環(huán)紋暗場像。晶界亮區(qū)為Ni富集區(qū)域，其寬度約為一個單胞。[D.A. Muller, M.J. Mills, Materials Science and Engineering, A260 (1999) 12-28]
晶界的形成及作用
a).固態(tài)相變中，晶核先在晶界處形成，長大。當(dāng)晶體生長，相界面與另一晶體的相界面相遇，又形成新的穩(wěn)定晶界。
b).晶界對位錯，磁疇壁(domain wall)，鐵電疇壁等有釘扎作用。
c).由于晶界處能量及應(yīng)力高，裂紋(cracks)常從晶界處開始，然后擴(kuò)大，最后產(chǎn)生斷裂。
d).雜質(zhì)容易在晶界處擴(kuò)散。
4. 其他類型的缺陷
a) 如輻射損傷(radiation damages), 中子與質(zhì)子輻射主要產(chǎn)生點(diǎn)缺陷; 重離子輻射產(chǎn)生非晶徑跡；
b) 零維與一維納米缺陷；
c) 周期調(diào)制結(jié)構(gòu)（平移對稱性的破壞, 非公度相）
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