Структура - идеальный кристалл
Cтраница 1
Структура идеального кристалла характеризуется строгой трехмерной периодичностью. Кристалл как физическое тело обычно только в пределах очень малых областей полностью отвечает этой картине; однако при обработке данных дифракции рентгенов ских лучей, нейтронов и электронов такими отклонениями от идеального кристалла обычно пренебрегают ( о структуре реальных кристаллов см. стр. [1]
Существуют различные типы отклонений от структуры идеального кристалла. Если атомы расположены в узлах идеальной кристаллической решетки, то под действием тепловой энергии в ограниченном диапазоне температур они колеблются относительно положения устойчивого равновесия. Электроны рассеиваются на этих тепловых колебаниях, и колебания Блоха нарушаются. Такие колебания называются колебаниями решетки или фононами. По какой бы идеальной технологии не изготавливался кристалл, в нем всегда имеются дефекты кристаллической решетки, которые называют динамическими несовершенствами кристалла. [2]
Энергетическая структура кристаллов с дефектами существенно отличается от структуры идеального кристалла. [3]
С точки зрения молекулярно-кинетических представлений при абсолютном нуле температуры все тела имеют структуру вполне идеальных кристаллов без трещин и дислокаций. Абсолютную величину этой константы определить не удается. В связи с этим как основа для расчета количественного выражения энтропии систем принимается положение, внесенное в термодинамику В. Этот постулат и лежит в основе третьего закона термодинамики, часто называемого также тепловой теоремой Нернста. [4]
Итак, мы бегом прошли пустыню кристаллографии, и этот материал нам бы хотелось закончить ответом на вопрос: что значит знать структуру идеального кристалла. Ответ, вытекающий из сказанного выше, следующий. В нем имеются симметрийные аспекты и количественные. [6]
Отсюда становится очевидной невозможность определения расстояния между атомами решетки реального твердого тела. Приходится пользоваться структурой идеального кристалла, а это вносит неопределенность в выбор параметров процесса. [7]
Видно, что для сплавов, содержащих 1 % Си, старение может происходить через всю последовательность превращений как при естественном старении при комнатной температуре, так и при искусственном при температуре в интервале 160 - 200 С. Это возможно, если бы сплав имел структуру идеального кристалла без дислокаций и границ зерен. Однако выделения из реального пересыщенного раствора не могут быть даже качественно поняты, основываясь только на знаниях стабильных и метастабильных фазовых диаграмм. Знания роли дефектов решетки как мест зарождения являются необходимыми для понимания вида и распределения выделений в зависимости от температуры раствора, скорости закалки, пластической деформации, температуры старения и так далее. Дефектами решетки, которые влияют на зарождение и рост выделений, являются: вакансии, дислокации, границы зерен и другие несовершенства структуры. [8]
Дислокация, перемещаясь под действием приложенного напряжения, доходит до поверхности кристалла и исчезает. Таким образом, при деформации кристалл должен приобретать структуру идеального кристалла. Но тогда для дальнейшего развития скольжения потребуется напряжение во много раз большее, чем в начальной стадии деформирования, когда дислокации еще не исчезли. Но это противоречит опыту. Согласно рентгенографическим исследованиям, структура кристалла при деформации не улучшается, а все более искажается, а плотность дислокации не убывает, а увеличивается, что подтверждается также калориметрическими измерениями энергии деформированных металлических кристаллов. [9]
Для перехода от структуры с топологией искривленного трехмерного пространства к структуре материала с топологией в трехмерном пространстве вводят дефекты в виде ряда дисклинационных линий. Лихачев в др. [448] определили строение аморфного вещества как искривленное пространство Римана, что предполагает наличие в аморфных сплавах симметрии 5-го порядка или специфических дисклинации наклона. На рис. 163 сопоставлены структуры идеального кристалла и кристалла с дисклинациями. Экспериментальные исследования подтверждают образование икосаэдрических фаз при быстрой закалке расплава. [10]
Для перехода от структуры с топологией искривленного трехмерного пространства к структуре материала с топологией в трехмерном пространстве вводят дефекты в виде ряда дисклинационных линий. Лихачев и др. [6] определили строение аморфного вещества как искривленное пространство Римана, что предполагает наличие в аморфных сплавах симметрии 5-го порядка или специфических дисклинации наклона. На рис. 4.5 сопоставлены структуры идеального кристалла и кристалла с дисклинациями. [11]
Однако в реальных кристаллах прежде, чем электрон достигнет края зоны Бриллюэна, он рассеивается и колебаний Блоха не возникает. Причинами рассеяния электронов являются различные отклонения от структуры идеального кристалла, которые описаны ниже. [12]
Наличие дефектов в решетке теперь хорошо объясняется теорией реального кристалла, который представляет собой динамическую систему. Интенсивное тепловое движение частиц в кристалле постоянно вызывает флюктуационные отклонения от идеального распорядка в нем. В каждый момент времени определенное число узлов в решетке кристалла оказывается не занятыми частицами, вследствие чего возникают пустоты, дырки, частицы при этом попадают в междуузлия. Особенно много дефектов в структуре идеальных кристаллов возникает в области температур, примыкающих к температуре плавления. [13]
Представление о такой совокупности фигур можно получить, если вообразить себя находящимся внутри освещенной комнаты, все степы которой покрыты сплошь зеркалами. Если в каждой из фигур нашего пространства отметим по одной точке так, чтобы все эти точки были равны друг другу, то их совокупность образует правильную, или эквивалентную, систему точек. Все различные системы точек, не связанные операциями симметрии в одном и том же дисконтинууме, образуют ансамбль правильных систем. Мы увидим далее, что в структуре идеального кристалла физически или химически различные сорта структурных единиц всегда относятся к симметрически различным системам, а одинаковые ( в химическом смысле) сорта единиц могут принадлежать как одной, так и нескольким правильным системам. [14]
Затем кремниевый стержень подвергают физической очистке, используя способность кремния поглощать большее количество примесей в жидкой, а не в твердой фазе. Поэтому, создав в кремниевом стержне зону жидкой фазы, например путем индуктивного нагрева до температуры выше 1420 С, можно добиться того, что эта зона будет отбирать загрязняющие примеси из соседних твердотельных областей. Предельно допустимая концентрация загрязняющих примесей в таком стержне составляет 10 - 9, что соответствует 0 1 миллионной доли процента. После зонной плавки следует собственно кристаллизация. Ее цель заключается в получении кристалла из чистого с точки зрения атомного состава, но имеющего неупорядоченную структуру кремниевого стержня. Опасность возникновения отклонений от такой структуры идеального кристалла ( например, появления дислокаций) в процессе кристаллизации весьма велика. При изготовлении кремниевых стержней, из которых впоследствии получают полупроводниковые подложки, по возможности следует избегать появления дефектов решетки. [15]
Страницы: 1