Точечные дефекты

Кроме простых, к ним относятся дефект Шотки и дефект Френкеля (сложные дефекты).

Вакансии

Могут находится в любых узлах решетки.

Рассмотрим плоскость (100) в ГЦК решетке.

Штрих пунктиром обозначено отсутствие атома.

Происходит искажение кристаллической решетки, в первом приближении точечный дефект вакансия — центр сжатия в упругой среде. Упругие смещения атомов убывают обратно пропорционально кубу расстояния от центра дефекта (1/r³). Это все в предположении, что кристалл — упругая сплошная среда.



<110>



<100>

Атомы первого слоя испытывают подвижку в сторону вакансии на 0,84% ота. Атомы второго слояиспытывают подвижку в обратную сторону из-за выталкивания атомами первого слоя на 0,25% ота. Атомы третьего слояиспытывают подвижку в ту же сторону, что ина 0,03% ота.

Поле смещений вокруг вакансии сильно анизотропно.

Межузельный атом

(110)

ГЦК

20% от а.

Поле смещений анизотропно, механизм тот же.

Для металлов Vвак 0,6Vат (Vвак0,05-0,6Vат)

Для полупроводников Vвак 0,8Vат

Точечные дефекты повышают энергию кристалла. Энергия упругой деформации решетки составляет сотые доли электронвольта, ее вклад в общую энергию очень мал.

Основная доля энергии образования точечного дефекта связана с нарушением периодичности атомной структуры и сил связи между атомами.

Для металлов (Cu) Еv 1эВ

Для полупроводников (Si и Ge) происходит разрыв четырех связей, энергия каждой связи 0,5 эВ, Еv 2эВ.

Межузельные атомы могут быть собственными (самовнедрения, внедряется из этого же кристалла)

Примесные атомы

1. Замещения

Замещает атом основного вида, если размер примесного атома лишь не более, чем на 15% превышает размер атомов кристаллической решетки.

Si и Ge могут замещать атомы друг друга в узлах.

2. Если размеры примесного атома существенно меньше размеров атомов кристаллической решетки, образуестя атом внедрения.

Он стремится занять положение пустот в кристаллической решетке. Атомы большего размера будут стремится занять октоэдрическую пустоту (0,41 от размера основного атома), меньшего —тетраэдрическую пустоту (0,225 от размера основного атома).

Комплексы точечных дефектов

При взаимодействии между собой точечные дефекты одного или разных видов могут объединяться, образуя комплекс (например, при столкновении двух вакансий образуется дивакансия, она устойчива, ее размеры малы, меньше параметра решетки)

Е_2V^f < 2Е_V^f

Простое объединение трех вакансий — неустойчивый дефект (например, в ГЦК). В ГЦК энергетически выгоднее объединиться четырем вакансиям, так как в ГЦК есть 2 вида пустот (окто- и тетра-).

Лекция 17

Комплекс из четырех вакансий более устойчив, чем из трех.

Комплекс из четырех вакансий.

Такой комплекс рассматривается как практически неподвижный.

Комплекс с числом вакансий >4называетсякластером.Образование кластеров приводит к образованию пор и трещин. С энергетической точки зрения наиболее выгодно существование дивакансий. Энергия образования кластера (или 4 вакансий) меньше энергии образования 1 вакансии, но больше энергии дивакансий, следовательно, выгодны дивакансии. Не смотря на это в кристаллах 90% моновакансий. При низких температурах существуют чистые вакансии, при повышении температуры возникают ассоциации (ди). Вакансии способны к перемещению в кристалле, дивакансии более подвижны, чем моновакансии.

Рассмотрим плоскость плотнейшей упаковки (100).

Чтобы раздвинуть два атома и

занять вакансию надо максимум

энергии

вакансия

е

1

2

сли (13)=> образование вакансии (1,4)

е

4

сли (2)=>образование вакансии (1,2)

Из этого следует, что происходит движение дивакансий.