Появление - точечный дефект
Cтраница 1
Появление точечного дефекта в кристалле приводит к геометрическим искажениям кристаллической решетки в результате смещений окружающих дефект ионов металла. Возникновение этих смещений связано с тем, что дефект вызывает изменение состояния как ионной, так и электронной подсистем металла. Новое состояние соответствует новому условию равновесия всей системы - минимуму энергии кристалла с дефектом. Этому условию должно удовлетворять уже новое размещение ионов и измененное распределение электронов проводимости. Таким образом, смещение ионов происходит в результате релаксации системы к новому равновесному состоянию. При строгом решении задача определения этих смещений оказывается чрезвычайно сложной. Поэтому для ее решения был предложен ряд приближенных методов. [1]
Появление точечного дефекта в идеальном кристалле изменяет его энергию. Дефект изменяет энергию как ионной подсистемы металла ( кристаллической решетки), так и электронной подсистемы. Теоретический расчет энергии образования дефекта представляет собой весьма трудную задачу, так как должен учитывать большое число имеющих разную природу слагаемых в энергии. Для их определения применяются различные методы и используются разнообразные модели. [2]
 |
Искажения решетки кристалла, обусловленные наличием внедренного атома ( а и вакансии ( б. [3] |
Неизбежность появления точечных дефектов в кристаллах при К можно доказать термодинамически. Рассмотрим в качестве примера процесс образования вакансий в элементарном кристалле. [4]
При появлении одиночного точечного дефекта трансляционная симметрия кристалла нарушается, так что кристалл с таким дефектом, строго говоря, представляет собой гигантскую молекулу с присущей молекулам точечной группой симметрии. [5]
Для определения смещений точек анизотропной среды, вызванных появлением точечного дефекта, аналогично тому, как это делалось выше в случае изотропной среды, можно заменить дефект эквивалентными объемными сосредоточенными силами, приложенными в точке расположения дефекта. Из этих решений может быть составлено и решение более сложной задачи определения смещения под действием нескольких сосредоточенных сил, например, заменяющих дефект. [6]
При воздействии лучей с высокой энергией в кристалле наряду с истинными полиморфными превращениями наблюдаются многие другие структурные изменения, как, например, появление отдельных точечных дефектов ( вакансии и атомы в междоузлиях решетки), скоплений точечных дефектов и связанных с ними искажений решетки. [7]
Если б 0, то феррит содержит повышенную концентрацию катионных вакансий, вследствие чего появляются избыточные ионы кислорода. Следовательно, отклонение состава ферритов от стехиометрического, как правило, должно сопровождаться появлением точечных дефектов. [8]
Во всех случаях изменения; вызываемые нетепловыми формами энергии, являются неравновесными и сводятся к появлению точечных дефектов и их ассоциатов, возникновению протяженных дефектов, к позиционному разупоря-дочению. В ряде случаев облучение твердых тел приводит к полиморфным превращениям, аморфизации и даже полному разрушению решетки. [9]
В реальных кристаллах идеальная симметрия кристаллической решетки, как правило, претерпевает возмущающее воздействие различных внешних факторов. Наиболее очевидным возмущающим воздействием является, например, тепловое движение атомов, составляющих решетку. Кроме того, тепловое движение служит причиной появления точечных дефектов, например, вакантных узлов решгтки и между-узельных атомов, равновесная концентрация которых в решетке растет с температурой. [10]
Учет электронной подсистемы кристалла приводит при исследовании этого вопроса к некоторым новым результатам. Появление точечного дефекта сопровождается изменением распределения зарядов в металле. В случае вакансии удаление положительного иона вызывает появление на его месте эффективного отрицательного заряда, отталкивающего электроны проводимости. При добавлении примесного атома его валентные электроны могут перейти в электронный газ и в результате появится соответствующий заряд в месте расположения иона примеси. Этот заряд, как и в случае вакансии, экранируется электронами проводимости. Таким образом, появление дефекта сопровождается изменением пространственного распределения плотности электронов, соответствующим изменению их волновых функций. [11]
 |
Схема блочного строения кристаллов. [12] |
Поэтому происходит перенос вакансий от мелких к крупным, а затем к поверхности кристалла, что приводит к исчезновению ассоциатов [ 55, с. В результате кристалл освобождается от неравновесных вакансий. Процессу устранения дефектов, возникших на стадии роста кристалла, противодействует непрерывное разупорядочение кристалла при соударениях его с другими кристаллами, а также со стенками кристаллизатора и мешалкой. Соударения вызывают появление точечных дефектов в зоне непосредственного контакта, откуда они диффундируют в объем кристалла. Кроме того, происходит разупорядочение межблочных границ [51], по-видимому, в результате периодического действия ударных волн. Ликвидация дефектов и одновременное разупорядочение структуры при соударениях приводит к установлению стационарной дефектности кристаллов, уровень которой определяется механической энергией, подводимой к системе. [13]
В любом реальном кристалле имеются химические примеси и нарушения, так называемые дефекты структуры кристаллической решетки. Кроме того, каждый кристалл имеет определенный объем, ограниченный в пространстве. В кристаллических стержнях кремния, которые используются в качестве исходного сырья для изделий микроэлектроники, содержатся различные посторонние примеси, в частности углерод, кислород, железо, медь, а также атомы тяжелых металлов. Химические примеси являются причиной появления точечных дефектов структуры. Точечными дефектами структуры являются, например, вакансии. Кроме точечных дефектов структуры встречаются также линейные и плоскостные. Дислокационной линией называется дефект решетки, характеризуемый тем, что кристаллографическая плоскость, которая должна быть полностью занята атомами, вдруг обрывается в некотором направлении. Сама поверхность полупроводника тоже является плоскостным дефектом кристалла, который в идеале бесконечен в пространстве. Каждый реальный кристалл имеет большое число подобных точечных, линейных и плоскостных дефектов структуры, что и отличает его от идеального. [14]
Страницы: 1