4. Определите особенности кристаллического строения вещества. Аморфные вещества.

В твердых веществах атомы и молекулы могут быть расположены в геометрически правильном порядке или в хаотическом бес­порядке. Вещества, обладающие геометрически упорядоченным распо­ложением атомов или молекул, называют кристаллическими, а ве­щества с хаотическим расположением атомов или молекул - аморф­ными.

Расположение атомов в кристалле можно представить в виде пространственной кристалли­ческой решетки, которая состоит из множества сопряженных друг с другом элементарных кристаллических ячеек. Кристаллические решетки классифицируются по виду частиц и форме элементарной ячейки образующих ее. Геометрически возможны 14 ви­дов пространственных решеток, которые являются основой семи систем кристаллических решёток - сингоний: триклинной, моно­клинной, ромбической, тетрагональной, ромбоэдрической, гексагональной, кубической. Наиболее распространены кубические решетки- объемноцентрированные и гранецентрированные. Размеры кристаллической решетки характеризуются ее параметрами. Под параметрами решетки понимают расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку.

Характерное свойство кристаллических тел - анизотропность, то есть различие механических, физических, тепловых и других свойств по разным кристаллографическим направлениям.

Аморфные тела изотропны (одинаковые свойства во всех направлениях), не имеют определенной температуры плавления, при нагревании размягчаются постепенно, в широком диапазоне тем­ператур.

5. Охарактеризуйте явление анизотропии кристаллов. Индексы Миллера.

Кристаллические вещества образуют кристаллы определенной формы, но ни одна из кристаллических решеток не обла­дает абсолютно пространственной симметрией. Поэтому и свойства кристалла зависят от направления, в котором они рассматриваются. Такое разнообразие свойств кристалла в разных направлениях на­зывают анизотропией.

Ориентацию направлений и плоскостей в крсталлической решетке обозначают индексами Миллера. Из одного узла решетки (точки О) проведем три кристадллографические оси ОХ, ОY, ОZ, параллельные ребрам ячейки. Целые числа ,соответствующие отрезкам, отсекаемым плоскостью от кристаллографических осей, являются индексами данных кристаллографических плоскости и направления. Для обозначения плоскостей используют круглые скобки (111), (110),(100), а для обозначения направлений кристалла квадратные .Если плоскость в кристалле не пересекает кристаллическую ось, то индекс Миллера –нуль.

Для полупроводникового производства анизотропия имеет важ­ное значение, т.к. направление кристаллографических плоскостей определяет скорость травления, диффузии и другие свойства полу­проводника.

6. Охарактеризуйте процесс кристаллизации веществ.

Все кристаллические вещества при нагреве сохраняют твердое состояние до определённой температуры. Чем выше температура ве­щества, тем больше амплитуда колебаний атомов, находящихся в узлах кристаллической решетки. При достижении, некоторой крити­ческой температуры амплитуда колебаний атомов увеличивается на­столько, что происходит разрушение кристаллической решетки, в результате чего вещество из твердого состояния переходит в жид­кое. Температура, при которой вещество переходит из твердого в жидкое состояние, называется температурой плавления.

Обратный переход кристаллических веществ из жидкого состоя­ния в твердое происходит при определённой температуре, называе­мой температурой кристаллизации, а сам процесс образования крис­таллов из жидкости называют кристаллизацией.

Рисунок 1.7- Кривые нагревания и охлаждения кристаллического и аморфного вещества

Пока вещество находится в жидком состоянии, температура по­нижается равномерно до точки А рисунок 1.7(а). Чтобы вызвать кристаллизацию, ве­щество надо охладить до температуры переохлаждения Тпр , т.е. его температура додана быть несколько ниже температуры плавле­ния Тпл. Разницу температур Тпл-Тпр называют степенью переохлаж­дения Δ Т.

При температуре Тпр в расплаве образуется центры кристаллизации, число которых увеличивается по мере отвода тепла. При этом ранее возникшие кристаллы увеличиваются за счет присоеди­нения новых атомов расплава. До тех пор, пока вся жидкость не затвердеет (в точке В), температура расплава остаётся постоян­ной, так как процесс кристаллизации сопровождается выделением теплоты. После затвердевания расплава температура снова равно­мерно понижается.

Если скорость охлаждения расплава большая, то образуется большое число центров кристаллизации, а размеры кристаллов бу­дут малы. Следовательно, при быстром охлаждении вещество будет иметь мелкозернистую кристаллическую структуру.

Таким образом, управляя скоростью охлаждения вещества, можно получить вещества с различной кристаллической структурой, а следовательно, и с различными свойствами. Это явление лежит в осно­ве термической обработки материалов.

При получении монокристаллических тел для создания единст­венного центра кристаллизации в расплав искусственно вводят маленький кусочек монокристаллического вещества, называемый зат­равкой. При медленном охлаждении вещество, кристаллизуясь, продолжает кристаллическую структуру затравки.

Кривая охлаждения аморфного вещества (рисунок 1.7 б) в отличие от кривой охлаждения кристаллического вещества на своем протяжении идёт плавно, что указывает на постепенное его отвердевание.