ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
ВАКАНСИИ, ПРИМЕСИ ВНЕДРЕНИЯ И ЗАМЕЩЕНИЯ
При росте кристаллов как в природных, так и в искусственно созданных условиях никогда не обра-
зуется идеальная кристаллическая решетка в силу влияния реальных внешних условий и различных
внутренних факторов. Нарушается периодичность расположения ее элементов. В исходном материале
могут оказаться примеси, которые внесут свои искажения и т.д. Решетка уже выращенного кристалла
страдает в результате приложения внешних механических нагрузок и других воздействий.
Все дефекты в зависимости от их геометрии можно разделить на три группы: точечные, линейные и
поверхностные.
Точечные дефекты – это локальные нарушения решетки в изолированных друг от друга точках
пространства. К ним относятся вакансии, междоузельные атомы, примеси атомов внедрения и замеще-
ния. Сюда же можно отнести и комплексы примесных атомов различных сортов, лишь бы не наруша-
лось общепринятое требование к размерам точечного дефекта – не более нескольких межатомных рас-
стояний в любом направлении.
Линейные дефекты – это дислокации. О них мы расскажем ниже.
Поверхностные дефекты – наружные и различные внутренние границы в кристалле. Как и линей-
ные они способны простираться в кристалле на миллионы межатомных расстояний.
Наиболее простым видом точечных дефектов является вакансия – узел атомной решетки, в котором
нет атома. Вакансии имеются во всех кристаллах, зарождаются и исчезают под действием тепловых
флуктуаций. Так внутренний атом может уйти из своего узла на поверхность кристалла. Расчет энергии,
необходимой для такого перехода, затруднителен. Но порядок величины можно оценить следующим
образом.
Рассмотрим плоскую картину (рис. 2.1). Атом при срывании с места (т. А)
разрывает четыре связи с ближайшими соседями, а когда занимает место в
углу на поверхности (т. В), то восстанавливает только две связи. В т.
А произошло искажение решетки. Следовательно, в данном случае
необходимо совершить работу на образование вакансии, численно
равную энергии двух связей. Для трехмерного пространства число не
восстановленных связей колеблется от 4 до 6. Так как на одну связь приходится
энергия
2
1
≈ эВ, то оценка дает 2–3 эВ на вакансию. Если же учесть и релаксацию атомов вокруг вакан-
сии, то получим величину энергии, необходимую для образования вакансии 1
в
≈E эВ.
Из термодинамики известно, что относительная вероятность нахождения атома в состоянии с энер-
гией, превышающей энергию основного состояния на
в
E , равна
kTE
e
в
−
. Следовательно, и вероятность
существования вакансии подчиняется этому же закону.
Если кристалл содержит N узлов, то количество вакансий можно определить как
kTE
Nen
в
в
−
= . (2.1)
Обычное соотношение для металлов – одна вакансия на 10
3
атомов.
Возможна и обратная картина, когда атом с поверхности переходит внутрь кристалла. Такой атом
называют междоузельным. Он вызывает искажение кристаллической решетки. Атом из внутренней об-
ласти решетки может сорваться со своего узла и, преодолев потенциальный барьер соседних атомов,
перескочить в другую ячейку между узлами решетки, для чего необходима достаточная энергия. В ре-
зультате на месте ухода атома образуется вакансия, а на новом месте появляется междоузельный атом.
Такая пара носит название дефекта по Френкелю.
В ионных кристаллах точечные дефекты могут быть анионными и катионными (дефект Шоттки).
Здесь электростатическая нейтральность кристалла сохраняется при определенном стехиометрическом
соотношении между вакансиями анионов и катионов. Например, для RbF число вакансий
+
Rb и
−
F оди-
наково, а в OCu
2
число вакансий ионов меди в два раза больше, чем у кислорода.
При производстве кристаллических материалов в них всегда попадают примеси, которые играют
двоякую роль. В одних случаях их не должно быть, так как примеси могут изменять свойства основного
материала в нежелательном направлении. В других – примеси специально добавляют, чтобы получить
необходимые свойства кристаллов.
A
B
РИС. 2.1
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- …
- следующая ›
- последняя »
