Класифікація дефектів структури

Підхід до кристалів як до тіла, яке побудовано з атомів, розташованих по ідеальним законам геометрії, є ідеалізованим. Реальні кристали суттєвим чином відрізняються від ідеальних: ідеально трьохмірна періодичність структури порушується. Недосконалості, тобто дефекти кристалічної будови, чинять дуже великий вплив на усі структурно-чутливі властивості кристалів (іонна та півпровідникова електропровідність, фотопровідність, люмінесценція, міцність, пластичність тощо), а також на процеси росту, рекристалізації, пластичної деформації та дифузії.

Дефекти структури зв’язані зі зміною відстаней частинки до найближчих сусідів. Мала рухомість та велика тривалість життя дефектів дозволяють надати їм наочний геометричний опис. Тому класифікацію дефектів гратки проводять за чисто геометричною ознакою – по кількості вимірювань, в яких якісні порушення структури кристала простягаються на макроскопічні відстані. При такій класифікації розрізняють наступні чотири типи дефектів структури.

1.Нульмірні (точкові) дефекти - в трьох вимірах мають розміри, які дорівнюють декільком параметрам гратки (вакансії, міжвузлові атоми, домішкові атоми у вузлах та міжвузлях).

2. Одномірні (лінійні) дефекти – в одному вимірі співпадають із розмірами кристалу, а в двох інших – з декількома параметрами гратки (ланцюжки вакансій та міжвузлових атомів і специфічні дефекти – дислокації).

3. Двомірні (поверхневі) дефекти – в двох вимірах співпадають з розмірами кристалу, а в третьому – з декількома параметрами гратки (границі блоків та зерен, площини двійникування, стінки доменів та поверхня кристала).

4. Тримірні (об’ємні) дефекти – в трьох вимірах співпадають з розмірами кристала (порожнини, пори, частки іншої фази, домішки та інше).

Нами будуть розглянуті лише два типи дефектів: точкові та лінійні.

Точкові дефекти – порушення гратки у ізольованих одна від одної точках решітки, тобто у вузлах решітки. До них відносяться: вакансії, тобто вузли решітки, в яких немає атомів, міжвузлові атоми, домішкові атоми упровадження або заміщення, які мають розмір, відмінний від розміру атомів гратки, а також комбінації. Ці типи дефектів схематично наведені на рис.3.7.

При будь-якій температурі атоми в кристалічній гратці здійснюють коливальні рухи. Обмінюючись кінетичною енергією, яка при кімнатній температурі значно менше необхідної для утворення точених дефектів, окремі атоми за рахунок флуктуації кінетичної енергії можуть подолати потенціальний бар`єр, який утворений сусідніми атомами. При виході атома із вузла кристалічної гратки у міжвузліє виникає так званий «парний дефект Френкеля» - пара вакансія + міжвузловий (дислокований) атом.

При випарюванні атома з поверхні у поверхневому шарі утворюється вакансія, яка внаслідок заміщення розташованими нижче атомами проникає усередину кристала. Такого роду вакансію називають дефектом Шоттки. На концентрацію дефектів типу Шоттки та Френкеля впливає температура, опромінювання та пластична деформація.

Взаємодія точкових дефектів між собою приводить до виникнення різних комплексів. Дві вакансії об`єднуються з утворенням дивакансій, які більш рухомі, ніж моновакансії. Можливе утворення й більш великих скупчень вакансій. Атоми у міжвузлях можуть утворювати стійкі пари та й більш великі скупчення координаційній

Рис.3.7. Схема точкових дефектів у кристалі:

1 –домішковий атом заміщення; 2 – дефект Шоттки; 3 – до мішковий атом упровадження, 4 – дивакансія; 5 – дефект Френкеля

сфері до 0,03% – в третій). Навколо міжвузлового атома у щільному пакуванні зміщення сусідів більш значні – 20% від міжатомної відстані.

Домішки являються одним із важливих та розповсюджених дефектів структури реальних кристалів. Сучасні способи очищення не дозволяють отримати полягає у тому, що домішкові атоми упроваджуються у проміжки між атомами кристала або заміщують частину цих атомів у вузлах гратки. У першому випадку домішки є домішками абсолютно чисті матеріали. Навіть найбільш чисті з них утримують до домішок, що відповідає утриманню атомів приблизно на речовини. Процес розчинення впровадження, у другому – домішками заміщення. Так як чужорідні атоми за своєю фізичною природою та розмірам відрізняються від атомів основного кристала, то їх присутність викликає спотворення гратки.

Домішкові атоми можуть чинити суттєвий вплив на хімічні, магнітні та механічні властивості кристалів. Вони є ефективними центрами розсіяння носіїв

Дата добавления: 2014-10-22