晶體缺陷與擴散

設某金屬的空位形成能為0.90 eV。以 n/N = exp(−Q/kT) 求1000 K時的平衡空位濃度(每個晶格點的空位比例),最接近下列何者?波茲曼常數為 k = 8.617×10⁻⁵ eV/K。

  1. A約5.4×10⁻³
  2. B約2.9×10⁻⁵
  3. C約3.6×10⁻¹¹
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正確答案:B. 約2.9×10⁻⁵

kT = 8.617×10⁻⁵ × 1000 ≈ 0.0862 eV,因此 Q/kT = 0.90/0.0862 ≈ 10.44。所以 n/N = exp(−10.44) ≈ 2.9×10⁻⁵,相當於約3萬5000個晶格點中有1個是空位。約5.4×10⁻³ 是把指數減半成 exp(−Q/2kT) 的錯誤,與本質半導體載子濃度的公式混淆了。約3.6×10⁻¹¹ 是沒有用 exp,而以常用對數算成10的−10.44次方的錯誤。空位濃度隨溫度呈指數增加,在熔點附近可達10⁻⁴左右。

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