Дефекты в кристаллах

ТЕМА 2

Индукционное взаимодействие.

У полярных молекул, обладающих высокой поляризуемостью, под действием

постоянных диполей соседних молекул возникает наведенный или индуци-

рованный момент и возникает взаимодействие, т.е. диполь соседней моле-

кулы поляризует соседнюю молекулу. В-д-В-самая слабая связующая ее

энергия, порядка единиц к Дж/моль, поэтому все структуры, обусловлен -

ные этой связью малоустойчивые, имеют низкие(.)плавления, летучи.

В электронном отношении такие кристаллы являются диэлектриками, многие

кристаллы этого типа прозрачные для электронного излучения вплоть до

дальней ультрофиолетовой области центра. В реальных кристаллах каждая

из рассмотренных связей в чистом виде встречаются редко, имеет место

положение двух и более типов связи, то как правило, один из типов связи

имеет приволирующее значение, он и определяет структуру и свойства

кристалла.

В отличие от идеальных кристаллов, имеющих правильную строго опре-

деляющую структуру, реальные кристаллы содержат различного рода де-

фекты, оказывающие сильное влияние на все свойства кристалла.

Дефекты в кристаллах:

-точечные

-линейные

-поверхностные

-объемные

Точечные дефекты.

Точечные дефекты по Френкелю.

Распределение энергии между атомами твердого тела является

неравномерным. При температуре в кристалле имеются атомы, энергия которых во много раз больше чем среднее значение определенное тем-

пературой кристалла. Атомы, обладающие достаточно высокой энергией, могут не только удаляться на значительное расстояние от положения равновесия, но и преодолевать потенционный барьер, созданный соседними атомами, и покидать узел кристаллической решетки. Этот процесс сопро-вождается возникновением вакантного узла, который называется вакансией,и в то же время появляются атомы в междуузелье. Деффекты подобногорода - дефекты по Френкелю (вакансия + междуузельный атом). Точечные дефекты по Шотки. Остаются вакансии некоторых междуузельных атомов. Атом может покинутькристалл, остается вакансия в приповерхностных слоях. Путем замедления глубжележащих атомов вакансия перемещается вглубькристалла, в атоме вакансия окажется не только на поверхностном мате-риале, но и внутри. Подобные вакансии – дефекты Шотки. Дефекты по Френкелю и Шотке есть всегда в каждом кристалле. Равновесная концентрация дефектов в кристалле зависит от температуры. С ростом температуры увеличивается число атомов, энергия которых оказываетсядостаточной для преодоления энергии связи с соседними атомами и образования дефекта. В соответствии с законом Больцмана: число таких дефектов должно быть пропорционально экспоненте:

Точечное равновесное число по Френкелю в кристалле, содержащее n- узлов, называется междуузловым

где U_ф- энергия образования по Френкелю Равновесное число узлов по Шотки: N_ш= N exp(-U_ш/KT).При образовании Дефектов по Френкелю атому, переходящему из узла в междуузловие, необ- ходимо не только разорвать связи с соседними атомами, но и раздвинуть эти атомы, внедряясь между ними. Это требует затраты значений энергии и не во всех кристаллах. Возникновение дефектов по Френкелю имеетместо наряду с одиночными вакансиями (по Шотки) могут возникать и дива-кансии, тривакансии, тетра -, гетра - и т.д. В полупроводниковых сое-динениях A₃B₅ возникновение вакансий в одном из компонентов приводит кнарушению стехиометрии состава и появлению избытка атома одного из ком-понентов, при этом A₃ ведет себя как акцептор,B₅ донор A³B⁵,пример:GaAs,Ga>As-донорный тип проводимости.При нарушении стехиометрии меняется 5.Если меняется удельное сопротивление,то меняются все характеристики кристалла.

Примеси.

Твердые тела также достаточно чистые,всегда имеют примеси.В зависимости от их природы и количества,примеси могут находиться в кристаллическом или в атомарном(растворенном)виде или в виде мелких или крупных включений другой среды.Растворение примеси состоит в том,что примесные атомы внедряются в промежутки между атомами кристалла в узлах решетки первый твердый раствор внедрения или примесь внедряется в междоузел,если примесь замещает атом матрицы-это раствор замещения.Примеси существенно влияют на все свойства твердых тел,они являются эффективными центрами рассеивания,обуславливающее электрическое сопротивление в металлах.

В полупроводниковых кристаллах примеси приводят к появлению примесной проводимости,для полупроводников-примесь-основа.Примеси,как точечные дефекты-важны.

§ Линейные дефекты.

К ним относят краевые и винтовые дислокации.

Краевые дислокации.Представим,что одна из атомных плоскостей например,плоскость m простирается не через внешний край,а обрывается внутри края.Край этой плоскости m,обрывающаяся внутри кристалла,образует линейные дефекты,краевую дислокацию.

В реальном кристалле дислокация присутствует всегда.

Винтовые дислокации.Если под действием касательных напряжений произвести сдвиг касательной части края,относительно другого края,решетка в области краевой и винтовой дислокации искажена.В области,где есть дислокации возникает упругое напряжение,залог упругой энергии деформируемой решетки,т.е вокруг дислокации возникает силовое поле и это приводит к взаимодействию дислокаций между собой,с примесными атомами и другими точечными дефектами.Например,к сжатым частям решетки,возникающих у дислокаций,преобладают примесные атомы с малым радиусом,к растянутым областям-с большим радиусом,чем у напряжений.Врезультате дислокации оказываются окутанными облаками катрела(примесных атомов).Выход дислокации на поверхность можно установить методом травления.При травлении кристалла специальными травителями в первую очередь при-ся участки,где кристаллическая решетка искажена наиболее сильно,такие участки и являются местами выхода дислокации,они проявляют себя в виде ямок травления.

За количественную характеристику числа дислокации принимают плотность дислокации равную числу дислокационных линий,пересекающих единичную площадь поверхности кристаллической решетки.

§ Поверхностные дефекты.

Для любого атома,находящегося в объеме кристалла,характерна симметрия сил,действующих на этот атом со стороны соседних атомов.Подобная симметрия нарушается для атомов,размещенных на поверхности,так как его соседи располагаются по одну сторону от этой поверхности.Это прводит к искажению типа упаковки поверхностных атомов,что выражается в изменении расстояния между атомами и это приводит к смещению атома относительно тех положений,которые занимают атомы.

Дефектами упаковки называют любые отклонения от нормальной, присущей данному типу кристалла, последовательности в расположении атомных слоев.

Дата добавления: 2014-01-06