ДИСЛОКАЦИИ

Точечные дефекты, например вакансии, вызывают нарушения в кристаллической решетке, которые локализуются в областях кристалла размером порядка межатомного расстояния (10 ¹⁰ м). Дислокации же приводят к линейным нарушениям структуры. При этом не следует отождествлять дислокации с линиями вакансий. В общем случае дислокации в кристалле могут иметь любую форму, однако понять их строение можно на примере двух простейших типов дислокации: краевой и винтовой.

В случае краевой дислокации одна из атомных плоскостей внутри кристалла обрывается, напоминая лезвие ножа для нарезания сыра. Этот тип дислокаций показан на рис. 1.18а. Сдвиг в кристаллической решетке характеризуется с помощью вектора Бюргерса, который можно получить, заключив дислокацию внутрь контура и обведя замкнутый контур в реальном кристалле, переходя от одного узла к другому (рис. 1.18а). Участок ВС будет состоять из шести отрезков, а участок ДА из пяти. Разница между отрезками ВС и ДА равняется Ь, где Ь — величина вектора Бюргерса. Длина вектора Бюргерса равна целому числу единичных векторов решетки, и он перпендикулярен линии дислокации.

В случае винтовой дислокации (рис. 1.186) одна часть решетки смещена относительно другой в направлении,

Рис. 1.18

Два вида простых дислокаций: а — краевая дислокация; б — винтовая дислокация.

параллельном линии дислокации. Чтобы представить винтовую дислокацию, надо сначала сделать в совершенном кристалле надрез, а затем одну его сторону поднять относительно другой на величину одного или нескольких единичных векторов решетки и в таком положении состыковать обе стороны. Для описания такого сдвига пользуются вектором Бюргерса, который всегда равен целому числу единичных векторов решетки, а для винтовой дислокации параллелен ее оси.

В общем случае дислокация в реальном кристалле может быть представлена как результат наложения краевой и винтовой компонент, причем соотношение между ними меняется вдоль линии дислокации. Заметим, однако, что вектор Бюргерса на всем протяжении дислокации не меняется. Дислокация не может обрываться внутри кристалла; она либо имеет вид замкнутой петли, либо оканчивается на свободных поверхностях кристалла или межкристаллических границах. Для большинства материалов выходы дислокаций на поверхность кристалла — единственные места, где можно «видеть» дислокацию.

Если кристалл пронизывает винтовая дислокация, то говорить об атомных плоскостях, перпендикулярных дислокации, уже нельзя, поскольку все атомы образуют спиральную поверхность, которая простирается от одной внешней границы кристалла до другой. При этом шаг спирали равен вектору Бюргерса. Эти спирали могут быть закручены либо вправо, либо влево.

Дислокации могут возникать под действием механического напряжения. Однако они возникают в кристалле и в процессе его роста, при этом источником дислокаций могут служить скопления вакансий. Дислокации способны перемещаться по кристаллу, достигать его поверхности и исчезать.

Возникновение и перемещение дислокаций, как и движение точечных дефектов, может оказать сильное влияние на многие физические свойства кристаллов. Например, дислокации могут быть как источником дополнительных носителей заряда, так и местами их рекомбинации или рассеяния.