Реальные кристаллы. Точечные и протяженные дефекты структуры. Влияние дефектов структуры на свойства твердых тел.

В идеальных кристаллах существующий данный порядок в расположении частиц никогда не нарушается. А в реальных - частицы в узлах кристаллической решетки совершают непрерывные колебания вокруг среднего положения (10^19 раз в секунду). С увеличением температуры амплитуда увеличивается и наконец наиболее “резвые” частицы могут покидать свое место или переходить на поверхность или внедряться в междоузлия. В решетке возникают вакансии, т.е. дефекты структуры. Т.е. реальный кристалл отличается от идеального наличием большого числа дефектов. Дефекты структуры могут относиться к отдельным узлам или междоузлиям (точечные). Далее дефекты могут затрагивать несколько узлов и междоузлий, т.е. элементов ячейки (протяженные дефекты):

а) Дефект Шоттки (структура разветвления) {см.рис.1.} Мы наблюдаем как бы диффузию вакансий в глубь кристалла. С повышением температуры вакансии диффузируют к поверхности.

Б) Дефект Френкеля (структура смещения) см.рис.2. Переход частиц из узла в междоузлие. Требует более высокой температуры (т.к. у большинства структурных типов (к.ч>4) диаметр междоузлия гораздо меньше диаметра атома.

3) & 4) - относится к твердым растворам

в) Твердый раствор замещения (структура замещения ) см.рис.3. Для возникновения надо: близость хим.природы А и Б, близость радиуса атомов А и Б (примеры: Cu и Ni - R= 1,28анг и 1.24анг. Ag и Au: 1.4анг)

г) Твердый раствор внедрения (структура внедрения) см.рис.4. Атомы Б внедряются в междоузлия А. Пример: Li и Ge. Но! Ограничение на размеры внедрения атомов Б

д) Структура Вычитания. Характерна для соединений переменного состава (Оксиды\нитрады\сульфиды\итд) Большого числа переходных элементов не имеют целочисленных стехиометрических индексов => являются веществами переменного состава. Допустим некоторое соединение АБ кристализируется в структуре типа каменной соли NaCl. Решетка этого соединения состоит как бы из двух г.ц. подрешеток А и Бесли в подрешетке Б часть узлов окажется незанятыми, то состав соединения правильно выразить формулой АБ_1-y, Это односторонняя фаза переменного состава. В некоторых случаях возможен недостаток атомов как компонента А так и компонента Б (формула двухсторонней фазы А_1-хБ_1-y Вакансии оказывают влияние на свойства полупроводника. Например, в

СdS_1-y варьируя число вакансий можно изменять эл. проводимость на 8 порядков!

Протяженные дефекты.

А) Микротрещины. - результат небольшой разориентировки двух прилегающих частей монокристалла. Скорость диффузии примесей внутрь кристалл по микротрещинам значительно выше. Чем по междоузлиям даже по вакансиям.

Б) Мозаика - результат статистически беспорядочной ориентировки под любыми, чаще под очень малыми углами отдельных зерен монокристалла. Поверхность кристалла состоит из отдельных блоков. Несколько различно отделенных один от другого трещинами.

В) Микрокаверны. - незанятые атомами плоскости в решетке кристалла , увеличивающие его внутреннюю поверхность. Микрокаверны бывают открытые (выходящие на поверхность) и закрытые. Оба вида уменьшают плотность кристалла.

Г) Дислокации - области дефектов кристаллической решетки, простирающиеся вдоль некоторой линии - лини дислокации. Дислокация - отклонение от периодичности крист.реш. как результат случайных отклонений в процессе роста кристалла из расплава. (на 1см^2 сечения - 10^6 дислокаций - у Ме, и 10^4 - у полупроводн.) Cпец. выращенные бездислокационные кристаллы Ge могут иметь не более 10 дислокаций на см^2. Различают краевые и винтовые дислокации. Краевую дислокацию можно представить, как границу неполной атомной плоскости (рис 13.9). Край оборванной плоскости в решетке образуется если вдвинуть (мысленно) сверху полуплоскость между плоскостями идеального кристалла (или оборвать полуплоскость снизу). Ширина области дислокации не превышает нескольких межатомных расстояний. Длина же может достигать размера кристалла. Для краевой дислокации вектор сдвига перпендикулярен линии дислокации.

Д) Винтовая дислокация - в кристалле тоже возникает при сдвиге одной части кристалла относительно

другой, но линии винтовой дислокации параллельна вектору сдвига. Можно представить, что в кристалле

как бы произведен разрез, а хзатем сдвиг вдоль плоскости разреза.

Влияние дефектов: микрокаверны, трещины, вакансии резко уменьшают механическую прочность кристалла. Электрические и оптические свойства кристаллов также связаны с наличием в них дефектов. В полупроводниках наличие тех или иных примесей может изменить характер проводимости (мышьяк в Ge - электронная, индий в Ge -дырочная). Электропроводность полупроводников изменяется на много порядков только за счет концентраций пустых мест в решетке.