Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Точечные дефекты

Точечные дефекты возникают в областях небольшого размера, не превышающих нескольких межатомных расстояний. За счет флуктуаций в тепловых колебаниях один из атомов может покинуть свое регулярное положение и занять положение в так называемом междоузлии (положении, имеющем минимум потенциальной энергии с небольшой глубиной). Регулярное положение в решетке остается пустым, оно называется вакансией. Такие парные дефекты называются дефектами Френкеля, они содержат «пустое» место в регулярном узле (внедренную вакансию) и межузельный атом (рис. 10.24). Если атом вышел на поверхность, а в его регулярном положении образовалась вакансия, то такие дефекты носят название дефектов Шоттки. При возникновении дефекта Шоттки объем кристалла увеличивается, плотность вещества заметно снижается, — дефекты Френкеля на плотность практически не влияют.

Модели точечных дефектов в кристалле по Френкелю (Ф) и по Шоттки (Ш)

Рис. 10.24. Модели точечных дефектов в кристалле по Френкелю (Ф) и по Шоттки (Ш)

Вероятность р образования дефекта по Шоттки при температуре Т пропорциональна фактору Больцмана

где ?Ш в — энергия активации вакансий (энергия, необходимая для удаления атома из регулярного положения на поверхность кристалла).

Если N— общее число атомов, а п — число вакансий, тор = n/(N— — п) ~ ехр(—Еш.в/къТ) или, при п « N,

Оценки показывают, что при Т * 1000 К и энергии активации вакансий ?ш.в ~ 1 э относительная концентрация вакансий (n/N) ~

~ 10-5. Относительная концентрация вакансий быстро растет с температурой — пропорциональна ехр (—1/7).

Число Мр.д френкелевских парных дефектов связано с числом N регулярных положений (правильных мест) в кристалле и числом N' междуузлий (доступных вакансий) и температурой Т соотношением

где Еф д — энергия, необходимая для образования дефекта Френкеля. Аналогично для дефектов по Шоттки

где ?шд — энергия образования дефекта Шоттки.

Вакансии в ионных кристаллах образуются, как правило, как дефекты Френкеля.

Дефекты кристалла не являются статическими. Они блуждают по кристаллу: на место вакансии попадает соседний атом, межузельный атом может занять регулярное положение и т.д. Их относительное число также определяется фактором Больцмана[1] [2].

Кроме таких простейших дефектов образуются и более сложные, например, дивакансия (двойная вакансия), образование которой становится энергетически более выгодным по сравнению с двумя единичными вакансиями. Кроме того, подвижность дивакансии больше, чем подвижность единичной вакансии. Скопление многих вакансий приводит к образованию так называемых кластеров вакансий. Рассмотрение этих процессов важно с точки зрения их влияния на диффузионные и другие макроскопические свойства твердых тел.

Упругие смещения частиц среды в области, окружающей точечный дефект, убывают пропорционально 1/г3, где г — расстояние от дефекта. Это показывает, что искажения вблизи дефекта могут быть весьма значительными, но быстро падают при удалении от него.

Обладая подвижностью, точечные дефекты могут взаимодействовать друг с другом и с другими дефектами. Встречаясь, вакансия и межузельный атом могут аннигилировать (взаимно уничтожиться).

Большую роль в образовании вакансий могут играть атомы примесей (примесные атомы). Они могут замещать регулярные атомы, а также находиться в междоузлиях. В частности, гетеровалентное замещение, например, в структуре КС1 атомов калия на атомы кальция приводит к появлению вакансии. В полупроводниках малые примеси (легирование) радикально меняют электрические свойства вещества (см. подраздел 10.2.3).

  • [1] При низких температурах растет вероятность подбарьерных (туннельных) квантовых
  • [2] перемещений дефектов, рассматриваемых как квазичастицы — дефектоны.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы