1.7. Дефекты в кристаллах.
Атомы в кристаллах располагаются в местах, которые соответствуют их равновесным положениям. Однако это не означает, что они находятся в покое. Как в газах и жидкостях, атомы твердого тела находятся в беспрерывном тепловом движении, но характер его отличается от рассмотренных ранее движений молекул газов или жидкостей. Движения атомов в твердом теле имеют характер малых колебаний около положения равновесия, и эти движения определяют температуру твердого тела.
В реальных кристаллах в той или иной мере нарушается правильность в расположении атомов. Уже сами тепловые движения нарушают регулярность кристаллической структуры. С изменением температуры изменяется и степень нарушения периодичности решетки за счет тепловых движений атомов. Такие нарушения существуют всегда, и они служат фоном для всех других явлений, происходящих в кристаллах. Этим в первую очередь объясняется зависимость свойств кристаллов от температуры. Все другие нарушения периодичности решетки, которые не сводятся к тепловым движениям, называются дефектами.
Все дефекты оказывают весьма существенное влияние на свойства кристаллов. Наиболее важными дефектами являются следующие:
Дефекты типа Шоттки. В реальных кристаллах некоторые узлы кри-сталлической решетки, в которых должны находиться атомы, оказываются незанятыми. Такие вакансии (отсутствие атома в узле решетки) вызывают смещение соседних атомов относительно их нормального положения, что приводит к нарушению строгой регулярности решетки вблизи вакансии. (Рис.1.7.1)
Дефекты по Френкелю, Они возникают в том случае, когда атом покидает свое место в узле кристаллической решетки и размещается в междоузлии в окружении атомов, расположенных на своих законных местах. Возникают сразу два дефекта (пара Френкеля), так как пустой узел и атом в междоузлии в равной мере нарушают правильность решетки (Рис.1.7.2).
Дислокации. Этот вид дефектов возникает в случае, когда между атомными плоскостями вклинивается неполная дополнительная атомная плоскость. Если дефекты по Шоттки и Френелю являются точечными, то дислокации представляют собой линейные дефекты, так как наибольшие искажения кристаллической решетки наблюдаются вдоль края липшей атомной плоскости (Рис.1.7.3).
Примеси. Некоторые места в узлах кристаллической структуры могут быть заняты посторонними атомами.
-Раствор внедрения (Рис.1.7.4);
-Раствор замещения (Рис.1.7.5).
Такие химические примеси оказывают очень сильное влияние на электрические свойства полупроводников и используются как инструмент регулирования электрических характеристик.
Существуют и другие виды дефектов, а также разновидности названных.
Вопросы для повторения:
Дать определение твердого тела.
Разделите твердые тела на пять классов в зависимости от типа связей между атомами.
Какова природа сил взаимодействия между атомами в кристалле.
Какое твердое тело мы называем кристаллом.
Дайте определение трансляционной группы и элементарной ячейки.
Перечислите элементы симметрии.
Что называется классом симметрии?
Перечислите по памяти 7 сингоний. Какая из них обладает наивысшей симметрией.
Опишите особенности сил взаимодействия в кристаллах :
c ван-дер-ваальсовскими связями
с ковалентной связью
с водородной связью
с ионной связью
с металлической связью