Другой тип - дефект
Cтраница 3
 |
Статистика опасных дефектов. [31] |
Кроме того, в зависимости от условий эксплуатации одни и те же дефекты могут быть опасными и неопасными. С этой точки зрения, существующие методики оценки дефектов являются консервативными и рекомендуют завышенные объемы ремонтных работ. Так, например, результаты гидроиспытаний показали, что расслоения и включения, не выходящие на поверхность трубы и не примыкающие к другим типам дефектов, не являются опасными. Длина таких дефектов не ограничивает прочность трубы. Концентрация напряжений на гофрах, вмятинах и рисках, даже примыкающих к сварным швам, лишь ускоряет разрушение трубы, но не является опасным. [32]
В предыдущей главе мы исходили из того, что атомы в кристаллах занимают положения, соответствующие идеальной периодической решетке. Однако в реальных кристаллах это условие, вообще говоря, не выполняется. Кроме колебаний атомов кристалла около своих положений равновесия, которые, вполне понятно, также нарушают идеальную периодичность кристалла, имеется еще целый ряд других типов дефектов и нарушений порядка в кристаллах. Последние будут рассмотрены в настоящей главе. [33]
 |
Относительные удлинения некоторых металлов %. [34] |
В кристаллической решетке металла могут быть различные типы дефектов. Собственное нарушение порядка расположения атомов в кристаллической решетке определяют точечные дефекты. Бывают дефекты, вызванные присутствием чужеродных атомов, которые могут находиться в регулярных узлах и между узлов кристаллической решетки. Другой тип дефектов связан с тем, что отдельные атомы кристаллической решетки металла могут находиться в иных возбужденных состояниях, чем основная масса атомов. Такие дефекты называются электронными. [35]
Когда впервые был разработан метод рентгеновского анализа структуры кристаллов, им приписывалась идеальная структура, в которой одинаковые группы атомов занимают каждый узел решетки, и узлы решетки бесконечно повторяются в трех измерениях. С тех пор эту картину пришлось значительно видоизменить. Сначала было введено представление о так называемой мозаичной структуре, затем вместо этого пришлось допустить существование значительного числа других типов дефектов. [36]
Время жизни неосновных носителей более чувствительно к облучению, чем удельная электропроводность. Если, например, ввести избыток дырок в полупроводник тг-типа ( в этом случае дырки являются неосновными носителями, а электроны - основными), то они исчезнут в результате рекомбинации с электронами, но это произойдет не мгновенно. Среднее время, необходимое для рекомбинации неосновного носителя с основным, называется временем жизни неосновного носителя. Эти свойства особенно важны во многих полупроводниковых приборах, особенно в транзисторах. Механизм рекомбинации определяется примесями и другими типами дефектов. В приведенном выше примере дырки ж электроны рекомбинируют после захвата дефектами, которые называют центрами рекомбинации. Очень эффективными центрами рекомбинации являются вакансии и междоузлия. [37]
Как утверждалось во введении, атомарно-плоские поверхности на больших площадях подложек не достижимы. Даже наилучшие монокристаллические подложки в процессе изготовления и обработки приобретают дефекты. Дефекты субмикронного размера так же, как и мелкие царапины на поверхностях кремниевых пластин, вызывают в тонких пленках нерегулярности. В то время, как песчанность исходной поверхности исчезает после окисления, грубые детали, включая царапины, остаются. На рис. 9, в показан другой тип дефектов, которые имеют место в эпитак-сиальных пленках. Характерна высокая плотность дефектов упаковки вдоль царапины, образовавшейся при полировке. [38]
Полупроводниковые соединения, как говорилось выше, условно относят к фазам, имеющим постоянный состав. В действительности их состав переменный, ограниченный областью гомогенности. Внутри последней может находиться и стехиометрический состав, выражаемый формульным отношением компонентов соединения. Отклонение от сте-хиометрического состава чаще всего является результатом возникновения в кристалле соединения различных парных точечных дефектов структуры - вакансий по Шоттки ( Ул и Vs), междоузельноги разупо-рядочения ( At и В) и антиструктурных дефектов ( Ав и B. Комбинирование этих дефектов приводит к образованию других типов дефектов структуры, из которых наиболее распространенны1: является парный дефект по Френкелю: VA BI, или Vs Ai. Так как энергия образования различных дефектов различна, то с термодинамических позиций образование соединения строго стехиометрического состава маловероятно. [39]
Кристаллическая структура металла моделируется скоплением пузырьков диаметром 1 мм и меньше, плавающих на поверхности мыльного раствора. Пу-вырьки выдуваются из маленькой пипетки, расположенной ниже поверхности раствора; давление воздуха в пипетке постоянно, и размеры пузырьков чрезвычайно мало отличаются друг от друга. Пузырьки удерживаются вместе за счет поверхностного натяжения, выстраиваясь в один слой на поверхности или образуя трехмерную массу. Скопление может содержать сотни тысяч пузырьков и сохраняется в течение часа или более. Скопление образует структуры, которые, как предполагают, имеются в металлах, и имитируют эффекты, которые уже наблюдались, такие, как формирование границ между зернами, дислокаций и других типов дефектов, процессы скольжения, явления рекристаллизации и отжига, возникновение напряжений, связанных с посторонними атомами. [40]
Наиболее интересны некоторые аспекты этих эффектов, например природа образующихся дефектов, механизм их образования и поведение дефектов при отжиге. Было изучено много различных материалов как с теоретической, так и с практической точек зрения, поскольку разнообразные явления, в которых важны радиационные эффекты, характерны для полупроводниковых материалов, в солнечных батареях и транзисторах на спутниках и материалов для ядерных реакторов и ускорителей частиц. Наиболее ценны эксперименты с чистыми материалами, поскольку присутствие любых примесей в концентрациях, приближающихся к концентрации изучаемых дефектов, может создать определенные трудности. При высокой дозе облучения концентрация выбитых из решетки атомов может достигать 10 - 2 - 10 4 %, следовательно, необходимо принимать во внимание содержание примесей такого же порядка. Влияние примесей может осуществляться разными путями: они могут, например, сами быть электрически активными и влиять на измерение электрических эффектов, возникающих при образовании дефектов под действием облучения, или могут взаимодействовать с этими дефектами, образуя другие типы дефектов. [41]
 |
Дефекты кристаллической структуры. а-по Френкелю. б-по Шотткн. [42] |
Реальные кристаллы существенным образом отличаются от идеальных. Тепловые колебания атомов, ионов или молекул нарушают расположение частиц в кристалле. Смещения частиц из равновесных положений под влиянием тепловых колебаний довольно значительны и возрастают с повышением температуры. При комнатной температуре отклонения составляют 0 1 - 0 2 А, что, как правило, равно нескольким процентам периода идентичности. Такого типа дефекты кристаллической структуры, возникающие при тепловых колебаниях, от действия электромагнитных волн, вызванные бомбардировкой а-частицами, нейтронами, протонами, ионами тяжелых металлов, можно назвать энергетическими. Как результат воздействия на структуру кристалла различного рода примесей возникает в ней избыток либо электронов, либо дырок ( см. рис. 5.10), что приводит к появлению другого типа дефектов - электронных. Наконец, имеется еще третья категория - атомные дефекты, которые могут быть вызваны: 1) собственными атомами структуры; 2) примесями; 3) дислокациями. [43]
Страницы: 1 2 3