Виды дефектов в кристаллах
Любые отклонения от регулярного расположения частиц в кристалле называют дефектами структуры. Структура реальных кристаллических веществ отличается от идеальных. В реальных кристаллах всегда имеют место дефекты. Дефекты кристаллического строения оказывают большое влияние на все свойства кристаллических тел: механические, магнитные, электрические, оптические и химические.
Отклонения от идеальной решетки могут быть временными и постоянными. Временные отклонения возникают при воздействии на кристалл механических, тепловых и электромагнитных колебаний, при прохождении через кристалл потока быстрых частиц и т.п. К постоянным несовершенствам относятся точечные дефекты (междоузельные атомы, вакансии, примесные атомы), линейные дефекты, (дислокации), плоские поверхностные дефекты (границы зёрен, границы самого кристалла) , объёмные дефекты (закрытые и открытые поры, трещины, включение постороннего вещества).
Точечные (нульмерные) дефекты имеют размер порядка диаметра атома. Основной причиной, их возникновения является переход атомов за счёт теплового движения из узлов кристаллической решетки в междоузлие. Точечный дефект, представляющий собой незаполненное место в узле кристаллической решетки, называют вакансией (рисунок 1.9 а). Другие типы точечных дефектов образуются за счёт замещения собственного атома в узле кристаллической решетки атомом примеси (рисунок 1.9б) или в результате внедрения атома принеси в междоузлие (рисунок 1.9в).
Рисунок 1.9 - Основные, виды точечных дефектов
Линейные (одномерные) дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяжённость в третьем измерении. Они представляют собой нарушение кристаллической структуры вдоль некоторой линии и называются дислокациями. Возникают дислокации при механической и термической обработке кристаллов. Различают краевые и винтовые дислокации. Краевые дислокации образуются в кристаллах, подвергнутых деформации сдвига (рисунок 8а).
Рисунок 1.10 - Виды дислокации
Винтовые дислокации образуются при скольжении одной атомной плоскости относительно другой по винтовой линии не менее чем на один период (рисунок 8б).
Дислокации существенно ухудшают свойства материалов. В металлах, например, снижают механическую прочность, а в полупроводниках значительно увеличивают проводимость, вызывают рассеяние носителей заряда, служат центрами рекомбинации и генерации носителей заряда.
Поверхностные (двухмерные) дефекты малы только в одном измерении. Они представляют собой поверхности раздела между
отдельными зёрнами или блоками веществ. Возникают поверхностные дефекты в процессе кристаллизации вещества.
Объемные (трехмерные) дефекты имеют существенные размеры во всех трех измерениях. Такие дефекты возникают при изменении условий роста кристалла.