1-4．拡散障壁，欠陥形成エネルギー，会合エネルギー

2025年3月19日

1-2節で，イオン導電率σが拡散係数Dとキャリア濃度cに依存することが明らかとなった．

それでは，拡散係数やキャリア濃度は何で決まるのだろうか．

その答えは，イオン導電体の組成が化学量論的組成（stoichiometry，ストイキオメトリ）か，非化学量論的組成（non-stoichiometry，ノンストイキオメトリ，不定比性）であるかによって異なる．

化学量論的組成とは，組成上欠陥を含まない組成であり，例えばLaF₃である．

一方で，非化学量論的組成とは欠陥を含む系である．例えば，La_0.9Ba_0.1F_2.9では，La³⁺の一部をBa²⁺で置換しているが，電気的中性を保つためにF空孔を含む．

化学量論的組成における活性化エネルギー

化学量論的組成において，活性化エネルギー＝拡散障壁+欠陥形成エネルギー/2 で表される．

なぜ欠陥形成エネルギーのみ1/2なのかは別途述べる．

拡散障壁E_mig（migration energy, migration barrier）とは，空孔の拡散に要する障壁（エネルギー）である．

欠陥形成エネルギーE_f（defect formation energy）とは，欠陥の形成に要するエネルギーである．

非化学量論的組成において，活性化エネルギー＝拡散障壁+会合エネルギーで表される．

会合エネルギーE_asso（association energy）とは，ドーパント付近で安定に存在してしまう空孔が，ドーパントから離れるために必要なエネルギーである．

以上