Cтруктурные дефекты твердых тел

Реальные кристаллы все­г­да содержат некоторое число де­фек­тов кристалличес­кой стру­ктуры. Появление дефектов в крис­тал­лах неизбеж­но, посколь­ку они образуются уже в процессе выра­щи­­­вания монокристалла вещества. Их концентрация быстро воз­растает с температурой, а также при де­фор­ми­ро­ва­нии кристалла. Различают два ос­нов­ных вида де­фектов кристаллической решет­ки (рис. 1.10).

Точечные дефекты создаются при вне­д­рении в узлы и междоузлия идеальной кристаллической стру­­­­ктуры "чу­же­­род­­ных" атомов, например, при приготовле­нии сп­ла­­ва (рис. 1.10, а и б). Кроме того, к точечным дефектам от­но­сят­ся ва­кансии, то есть, не заполненные атома­ми основного ма­те­риала узлы кри­сталлической решетки. При этом атом ос­но­в­­ного ма­те­ри­ала может находиться рядом, в междоузлии крис­тал­ли­чес­­кой решетки (дефекты по Френкелю, рис. 1.10, в). Во­з­мо­жен слу­чай, когда атом вообще может испариться из объема ма­те­ри­а­ла и ва­кансия является одиночной (дефекты по Шот­тки, рис. 1.10, г).

То­чечные дефекты кристаллической решетки мо­гут об­ра­зо­вы­ва­ть­ся при бомбардировке поверхности крис­тал­ла ус­ко­­рен­ны­ми за­ря­женными ионами различных веществ. Де­фекты та­кого про­ис­хо­ж­дения называют радиационными де­фек­тами.

Другим видом дефектов кристаллической структуры являются дислокации. Дислокация - это линейный дефект, за­к­­лю­­­­чающийся в сме­щении плоскостей кристаллической решетки от­­­но­си­тель­но друг друга. Различают два основных типа ди­сло­ка­ций:

линейная (краевая) дислокация представляет ре­зу­ль­тат не­­­полного сдвига кристаллической решетки. В итоге появляется не­­­законченная полуплоскость атомов (рис. 1.11, а);

вин­то­вая ди­с­­ло­­­кация возникает вследствие полного сдвига не­ко­то­ро­­го уча­с­тка решетки (рис. 1.11, б).

Дислокации возникают как в процессе выращивания монокристаллов, так и в результате их механической и термической обработки. Границы кристаллитов в поликристаллических телах также имеют дислокационную природу.

Выходы дислокаций на поверхность кристалла можно об­на­ру­­­жить по результатам травления кристалла в специа­ль­ном тра­ви­теле. В результате травления на поверхности кри­­сталла по­яв­ля­ю­тся ямки тра­в­ления, хорошо видимые под ми­кроскопом. Плот­ность дис­ло­ка­ций оценивают визуа­льно, под­считывая под микро­ско­пом число ямок тра­в­ле­ния на едини­це площади поверхности кри­сталла. На­при­мер, кри­с­талл по­лу­проводникового матери­ала при­годен к даль­ней­ше­му ис­­по­ль­­зованию, если плот­ность ди­сло­ка­ций в нем не пре­вы­ша­ет 10⁶¼10⁷ м^-2.

 

Деформация

Деформация (англ. deformation) - это изменение формы и размеров тела (или части тела) под действием внешних сил, при изменении температуры, влажности, фазовых превращениях и других воздействиях, вызывающих и зменение положения частиц тела. При увеличении напряжения деформация может закончиться разрушением. Способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под воздейстивем различного вида нагрузок характеризуется механическими свойствами этих материалов.

На появление того или иного вида деформации большое влияние оказывает характер приложенных к телу напряжений. Одни процессы деформации связаны с преобладающим действием касательной составляющей напряжения, другие - с действием его нормальной составляющей.