ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

Согласно приведенной классификации точечными дефектами называются нарушения периодической структуры решетки, размеры которых во всех измерениях не превосходят нескольких межатомных расстояний. Простейшими точечными дефектами являются вакансии и межузельные атомы (рис. 1.17). К точечным дефектам в одноатомных кристаллах следует отнести примесные атомы различных сортов, которые могут либо замещать атомы матрицы (примеси замещения), либо быть внедренными в различные междоузлия (примеси внедрения).

Рис. 1.17

Дефекты кристаллической решетки: а — по Шоттки; б — по Френкелю; в — замещения; г — внедрения.

Точечные дефекты возникают, в частности, из-за того, что некоторые атомы вблизи поверхности кристалла в какой-то момент времени обладают энергией, достаточной для того, чтобы вырваться из своего равновесного положения. При этом в узле кристаллической решетки, который покинул атом, образуется вакансия, а сам атом либо переходит в другой узел, либо покидает кристалл. Вакансия при этом может входить в объем (рис. 1.17а). Вакансию без расположенного вблизи междоузельного атома принято называть дефектом по Шоттки. Концентрация дефектов по Шоттки пш зависит от энергии Еш, необходимой для образования вакансии, температуры Г, а также концентрации атомов п0 кристаллической решетки:

Из формулы (1.30) следует, что количество вакансий сильно растет с увеличением температуры.

В результате удаления атома из своего узла в какое- либо междоузлие возникает пара вакансия-междоузель- ный атом, которая называется дефектом Френкеля или френкелевской парой (рис. 1.176). Равновесная концентрация Лф дефектов по Френкелю равна

где п' — концентрация междоузлий; ?ф — энергия перехода атома из узла в междоузлие.

Можно представить себе и образование других точечных дефектов: атом с поверхности внедряется в междоузлие и уходит по междоузлиям в объем. Тогда в объеме появляются междоузельные атомы и отсутствуют вакансии. Примесные атомы являются дефектом кристаллической решетки. Кристаллы, примесные атомы в которых располагаются в узлах решетки (рис. 1.17в), называются твердыми растворами замещения. Если же примесь занимает междоузельные состояния (рис. 1.17г), то кристалл называется твердым раствором внедрения.

В кристаллах со сложной элементарной ячейкой, содержащей атомы нескольких видов, вакансии могут быть в узлах любого вида, а в междоузлиях разных типов могут находиться атомы любого вида. В ионных кристаллах образование вакансий путем удаления положительных ионов (катионов) вызывает появление результирующего отрицательного заряда кристалла. Соответственно образование анионных вакансий приводит к появлению положительного заряда. Нейтральность кристалла сохраняется, если ионы не удаляются из кристалла, а перемещаются в междоузлия (дефекты Френкеля), либо (при одинаковой валентности ионов) анионные и катионные вакансии образуются в равных количествах (дефекты Шоттки).

Влияние точечных дефектов на физические свойства кристалла определяется типом и концентрацией таких дефектов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >