Примесные точечные дефекты в аморфных материалах

Примесные дефекты могут существовать как в кристаллических, так и в аморфных материалах и представляют собой элементы, не входящие в состав материала. Они классифицируются по методу встраивания в структуру как дефекты внедрения и дефекты замещения [83].

Примеси замещения заменяют частицы основного вещества в узлах решетки, встраиваясь в нее тем легче, чем ближе атомные (ионные или молекулярные) радиусы примесного и матричного элементов, и подразделяются на две основные группы.

К первой группе относятся примесные атомы, электронная структура которых подобна электронной структуре атомов, входящих в состав основного вещества. В этом случае они не нарушают мотив идеальной структуры кристалла или сетки аморфного материала, но в силу различия в атомных размерах могут создать либо короткодействующие паяя упругих искажений, если атомные размеры близки, либо дальнодействующие поля упругих искажений при значительной разнице в радиусах.

Второй широко распространенной группой дефектов замещения являются атомы, которые находятся в ином зарядовом состоянии (обычно отличающемся на 1), чем атомы основного вещества. Такие атомы при идеальном встраивании в решетку или сетку основного материала должны отдавать избыточный носитель заряда в его энергетические зоны (легирование полупроводников) или находящимся поблизости компенсаторам заряда, которыми могут служить другие примесные или собственные точечные дефекты. В последнем случае расчет таких примесных дефектов усложняется.

Примеси внедрения занимают междоузлия, внедряясь в решетку тем легче, чем больше объем пространства между атомами. В класс дефектов внедрения обычно входят атомы инертных газов, молекулы газов, атомы переходных але- ментов, то есть химически менее активные примеси, чем те, что образуют дефекты замещения. Плотности таких дефектов зависят от природы аморфного материала или кристалла. Как правило, в аморфных материалах есть достаточно большие междоузельные позиции, в которых они могут разместиться, слабо взаимодействуя с атомами матрицы. В силу этого примесные дефекты внедрения легко диффундируют в структуре основного вещества. В стеклообразной неупорядоченной сетке SiO-2 такими областями являются кольца из 7 и 9 тетраэдров (рис. 15.5).

В некристаллических материалах возникает третий класс примесных дефектов, характерный только для них: примесные атомы частично встраиваются в структуру основного вещества, насыщая оборванные связи. Обычно это одновалентные примеси. Такие частично встроенные в матрицу основного вещества примесные дефекты имеют промежуточную по величине между дефектами замещения и дефектами внедрения силу связи с ней. Поэтому они чувствительны к внешним воздействиям и их концентрации и зарядовые состояния зависят не только от степени легирования исходного сырья, но и от технологии приготовления аморфных веществ и последующих обработок (отжиг, облучение и т. д.). Во многих случаях именно частично встроенными в сетку примесными точечными дефектами обусловлено различие в физических характеристиках кристаллического и аморфного состояния веществ с одинаковыми химическими составами. В частности, при введении в аморфный SiCb молекул МО, где М — атом щелочного элемента, возникают кислородно-дырочные центры [110] (рис. 15.11).

Дефекты внедрения в сетку аморфного SiC>2

Рис. 15.11. Дефекты внедрения в сетку аморфного SiC>2

Присутствие в БЮг иновалентных катионов (Na, К, Н и др.) приводит также к появлению кислородных дефектов, называемых междоузельным кислородом.

Наиболее часто распространенными примесными дефектами третьего типа являются водородные сеточные дефекты. Они возникают в аморфных веществах во время роста окисла при участии водорода и воды и/или при термообработке после окисления.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >