книги из ГПНТБ / Келли А. Кристаллография и дефекты в кристаллах

говорить о числе нарушений укладки ближайших соседей. В слу­ чае б) проходит единственная частичная дислокация А о, так что петля служит границей единичного дефекта упаковки, а ее вектор Бюргерса возрастает до Н5 согласно реакции

Такие же рассуждения применимы к петлям с дефектами упа­ ковки, получающимися из дисков избыточных атомов. Единичный

Ф и г. 8.20. Две возможные структуры для вакансионной петли в гексагональном металле.

дефект упаковки наблюдался в цинке; его энергия должна быть лишь немного меньше, чем у двойного дефекта, получающегося путем расщепления скользящей дислокации._ _

Более своеобразна система скольжения {1122} (1123), которая называется пирамидальным скольжением второго рода. Замеча­ тельной особенностью ее является большая величина вектора сдвига Ѵ3 (1123), равного сумме вектора с и вектора а. Еще большего удивления заслуживает тот факт, что эта система дей­ ствует (причем только наряду с базисным скольжением) в цинке и кадмии, у которых отношения da наибольшие. Плоскость скольжения и векторы скольжения этой системы в гексагональной ячейке показаны на фиг. 8.21. Каждая плоскость скольжения содержит один вектор скольжения, и каждый вектор скольжения лежит в одной плоскости скольжения. На фиг. 8.22 соотношения между шестью плоскостями скольжения и шестью векторами Бюр­ герса показаны с помощью поверхности, аналогичной тому тетра­ эдру, которым изображались такие же соотношения в структуре каменной соли (фиг. 8.16). Дислокационные реакции в этой систе­ ме легко описать, разлагая каждый из векторов Ѵ3 (1123) на его компоненты с и а. Компоненты с либо складываются, либо обра­ щаются в нуль; если с > а, то энергия возрастает, когда они скла­

базиса, они могут оказаться неподвижными^ Можно предположить, что дислокация (1123) сама разделится

на частичные дислокации типа AS (фиг. 8.19 и 8.22):

и кадмии часто перемещаются путем поперечного скольжения, что свидетельствует об отсутствии расщепления.

Между дислокациями в базисной плоскости и дислокациями в плоскости пирамиды второго рода могут протекать две реакции.

Результирующая дислокация расположена вдоль Аа, т. е. выходит из плоскости пирамидального скольжения СвВ . Поэто­ му она может оказаться дислокационным барьером. Вторая реак­ ция — это просто аннигиляция a-компоненты пирамидального скольжения:

(8.54)

Ѵ3 [1123] + Ѵ3 [1120] -V [0001].

Экстраплоскость результирующей дислокации А"А состоит из двух базисных слоев атомов. Можно представлять себе, что они стремят­ ся расклинивать базисную плоскость, которая является также и плоскостью спайности. В этом отношении такая реакция сходна с той, которая создает дислокацию (100) в о. ц. к.-металлах

(разд. 8.6).

8.6. Дислокации в о.ц.к.-кристаллах

Как и следует ожидать, наблюдаемая скользящая дислокация в о. ц. к.-металле имеет вектор Бюргерса Ѵ2 (Ш )- Значительно менее достоверна плоскость, по которой предпочитает скользить эта дислокация (см. табл. 6.1). На первых порах мы будем пред­ полагать, что скольжение происходит по {110} легче, чем по дру­ гим плоскостям зоны (111).

Соотношение между векторами Бюргерса 1/2 (111) и плоскостя­ ми скольжения {110} можно показать на той же схеме, которой мы пользовались для структуры каменной соли (фиг. 8.16). Из нее видно, что любые два вектора Бюргерса образуют между собой

Если возможно расщепление по {110}, тогда винтовая дисло­ кация расщепляется весьма оригинально. Так как винтовая дис­ локация параллельна своему вектору Бюргерса Ѵ2 (111), она лежит на пересечении трех плоскостей {110} (фиг. 8.16) и может уменьшить свою энергию путем расщепления одновременно по всем трем плоскостям:

V2 [111] V4 [111] + V8 [Oil] + V8 [101] + V8 [110]. (8.57)

Результирующая конфигурация изображена на фиг. 8.24. Прежде чем такая винтовая дислокация сможет скользить по какой-нибудь из плоскостей, ей придется стянуться под действием приложенно­ го напряжения.

На мысль о разных типах дефектов упаковки наводит двойникование, наблюдаемое по плоскостям {211}. Как будет показано в гл. 10, о. ц. к.-двойник может образоваться при смещении дислокации Ѵ6 (111) по соседним плоскостям {211}. Если энергия двойниковой границы {211} не слишком высока, то можно пред­ положить, что энергия дефекта упаковки, созданного смещением единственной дислокации V6 (111), тоже будет небольшой, так что у дислокации V2 (111) имеется возможность расщепиться в плоско­ сти {211} следующим образом:

Этот дефект легче проиллюстрировать с помощью сечения плоско­ стью {110}, нормальной к плоскости дефекта и содержащей вектор смещения, чем с помощью схемы плоскостей {211}, потому что

нужно уложить одну над другой не менее шести плоскостей {211}, прежде чем седьмая окажется непосредственно над первой. Это и сделано на фиг. 8.25, на которой показано, как последова­ тельность укладки ABCDEFA преобразуется в дефектную после-

Ф и г. 8.25. Последовательное смещение слоев, приводящее к образованию дефекта упаковки в о.ц.к.-структуре.

довательность ABCBCDE . . . . Чтобы получить такой дефект упаковки, порядок двух частичных дислокаций Ѵ3 [111] и Ve [111] должен быть строго определенным; если поменять их порядок, образуется совсем иной дефект упа­

треть, как' расщепляется винтовая дислокация. Она лежит в трех различных плоскостях {211} и может понизить свою энергию

путем расщепления по двум из них, как на фиг. 8.26. С точки зрения чистой геометрии допустимо расщепление по всем трем плоскостям {211}, но если рассмотреть силы, действующие на каж­ дую из частичных дислокаций, легко показать, что, после того

Ф и г. 8.26. Расщепление винтовой

дислокации по трем плоскостям,

{211}.

как она расщепилась на две, центральная частичная дислокация в точке О не будет двигаться вдоль ОР, т. е. вдоль третьей из пло­ скостей {211}, если не приложено внешнее напряжение [10].

8.7.Дислокации в некоторых ковалентных кристаллах

Вкристаллах алмаза, германия и кремния между атомами действуют жесткие направленные ковалентные связи (см. фигу­ ру 3.1, е). В этих кристаллах при низких температурах дислока­ ции неподвижны, потому что барьер Пайерлса высок; иначе говоря,, энергия дислокации существенно зависит от ее положения в кри­ сталле. Интенсивное скольжение происходит только при повышен­ ных температурах: в германии и кремнии — выше 0,6 от абсолют­ ной температуры плавления. Плоскостью скольжения тогда является {111}, а направлением скольжения (110).

Представим себе, как может происходить это скольжение. Дислокация располагается по возможности в положении, отве­ чающем низкой энергии,— по-видимому, вдоль некоторых особых

кристаллографических направлений. Она продвигается, когда с помощью термической активации малый отрезок линии дислока­ ции преодолевает энергетический барьер и переваливается в сле­ дующую энергетическую яму (фиг. 8.27). Связывающий сегмент, который возвышается над энергетическим горбом, называется перегибом (kink); от ступеньки (jog) на линии дислокации перегиб-

отличается тем, что весь он лежит в плоскости скольжения (разд. 7.6). Перегибы могут скользить порознь довольно легко, и, когда они скользят, дислокация продвигается на путь, равный расстоянию между потенциальными ямами.

Ф и г. 8.27. Двойной перегиб на линии дислокации.

П у н к т и р н ы м и л и н и я м и и з о б р а ж е н ы п о л о ж е н и я в ы с о к о й э н е р г и и д л я д и с л о к а ц и и .

Дислокацию, расположенную в плоскости {111} под углом 60° к ее вектору Бюргерса Ѵ2 (110), легче всего изобразить в проек­ ции на плоскость {101}, нормальную к дислокации, как это сде-

Ф и г. 8.28. 60-градусная дислокация в структуре сфалерита.

С т р у к т у р а 6 0 - г р а д у с н о й д и с л о к а ц и и в г е р м а н и и т а к а я ж е , з а и с к л ю ч е ­ н и е м т о г о , ч то в н ем в се ато м ы о д и н а к о в ы .

лано на фиг. 8.28. Этот же чертеж годится и для структуры сфалери­ та (цинковой обманки ZnS). Имеется два типа возможных плоскостей скольжения {111} — тип I и тип II. На чертеже изобра­ жена 60-градусная дислокация, у которой экстраплоскость кон­

чается на плоскости скольжения типа II, где она разрывает мень­ шее число связей. Приходящаяся на каждый атом одна разорван­ ная связь называется болтающейся связью. Интуитивно кажется, что скольжение должно происходить по далеко отстоящим друг от друга плоскостям типа II путем движения дислокаций, таких, как на фиг. 8.28. Однако ситуация осложняется, если учесть еще расщепление на частичные дислокации.

На плоскости {111} могут иметься дефекты упаковки, которые не нарушают тетраэдрических связей и которые совершенно ана­ логичны дефектам упаковки типа внедрения и типа вычитания

Ф и г. 8.29. Дефект упаковки в тонкой пленке кремния.

ка ц и и .

вг. ц. к.-металлах. Последовательность укладки в совершенном

упаковки типа внедрения; если же две разные частичные дислока­ ции Шокли проходят по соседним плоскостям типа I, то образует­

Не установлено, расщепляются ли движущиеся дислокации на ча­ стичные; если расщепляются, то плоскостью скольжения предпо­ чтительно будет плоскость типа I.

Дефекты, происходящие от нарушений на подложке, разрастают­ ся вдоль пленки и иногда соединяются вместе, образуя объемные фигуры. На фиг. 8.29 видна часть октаэдрического дефекта упаков­ ки в пленке, плоскость которой параллельна {100}. Грани этого полуоктаэдра представляют собой попеременно дефект упаковки типа внедрения и дефект типа вычитания, соединенные вершин­

Еще одна структура с тетраэдрическими связями — это струк­ тура вюрцита, т. е. ZnS с гексагональной упаковкой АВ АВ . . . .

В сфалерите дефекты упаковки представляют собой тонкие прослой­ ки вюрцитной структуры. Наоборот, в вюрците могут встречаться дефекты упаковки, представляющие собой тонкие прослойкисфалеритной структуры и совершенно аналогичные дефектам упаковки

вгексагональном металле.

Внитриде алюминия, обладающем такой же структурой, дисло­ кации расщепляются широко, а энергия дефекта упаковки состав­ ляет всего лишь около 5 эрг-см-2 [13].

Ни у вюрцита, ни у сфалерита нет центра симметрии; интерес­ ным следствием этого оказывается, что в этих структурах у дисло­ каций противоположного знака различно строение ядра. Допу­ стим, что 60-градусная дислокация, например в InSb, обладающем структурой сфалерита, всегда лежит в плоскости типа II (фигу­ ра 8.28). Тогда ее экстраплоскость кончается либо на атоме Sb, либо на атоме In, смотря по тому, идет ли она сверху вниз или снизу вверх в кристалле. Поэтому дислокацию противоположного знака можно назвать «индиевой» или «сурьмяной» дислокацией,

ииз-за разных структур ядер у них будут совсем разные напря­ жения Пайерлса.

Кристаллы с тетраэдрическими связями содержат трехмерные сетки прочных связей, но во многих кристаллах атомы связаны друг с другом прочно только внутри слоев, а между слоями силы относительно слабы. Примером может служить графит. В пло­ скости базиса дислокации и дефекты упаковки в графите совер­ шенно такие же, как в гексагональных металлах. Для них можно воспользоваться фиг. 8.19. На фиг. 8.30 показаны эти соотноше­ ния в структуре графита. Из-за слабых связей между слоями

энергии трех основных типов дефектов упаковки, описанных в разд. 8.5, очень малы. Один из этих дефектов получается при диссоциации полной дислокации по схеме