17. Кристаллическая структура типа вюрцит

Многие кристаллические структуры имеют сходное расположение частиц в пространстве и отличаются друг от друга только видом частиц и расстоянием между ними. Такие кристаллические структуры относятся к одному структурному типу, который обычно называется по одному из названий кристаллов.

Структура типа вюрцит. Сульфид цинка (ZnS) является полупроводником типа А₂В₆ и существует в двух модификациях: кубической и гексагональной. Гексагональная модификация называется вюрцитом. Структуру вюрцита удобно рассматривать как плотнейшую упаковку типа ГПУ, образованную атомами серы, в половине тетраэдрических пустот которой расположены атома цинка. Структура типа вюрцит характерна для многих полупроводниковых соединений типа A^IIB^VI, например CdS, CdSe и др. Некоторые соединения типа A^IIB^VI полиморфны, то есть при высоких температурах имеют структуру типа сфалерит, при низких температурах – типа вюрцит.

18.Классификация дефектов в кристаллах. Точечные дефекты.

Кристаллов с идеальным правильным строением в природе не суествует. Вреальных условиях наблюдаются те или иные отклонения от регулярного расположения частиц, такие отклонения называются дефектами структуры:

1)Точечные дефекты размеры таких дефектов в 3 направлениях соизмеримы с размерами атомов

2)Линейные. Размеры соизмеримы в 2 направлениях с размерами атомов, а в одном с размерам кристалла.

3)Поверхностные. В одном направлении с размерами атомов в 2-х с размерами кристалла.

4)Обьемные. Все размеры соизмеримы с размерами крист.

Точечные дефекты. В элементарном п/п несодержащем примеси Существует 6 типов дефектов(точечных)без учета их ассоциаций: 1.Вакансия 2.Междоузельный атом 3.атом донор 4.Вакансия акцептор 5.Электрон 6.Дырка. В хим. соединениях наблюдается большое кол-во вариантов,наблюдаются антисистемные изменения,т.е. обмен местами атомов,образующих соединения. Вакансии предст собой свободный или вакантный узел в ср-ре крист.Вионных крист различают катионные(+) и анионные вакансии.В кристалле сущ также дефекты типа Шотки, кот пред собой вакансии, образующиеся за счет испарения атомов с поверхности и затем ,благодря последов перемещениям атомов, двигающихся вглубь кристалла. Междоузельные атомы-атомы основного вещ-ва, покинувшие свои места и расположившиеся в пустотах. Точечные дефекты могут возникать под воздействием любого внешнего возд,способного изменить энергию кристалла. Энергия образования дефектов тратится на разрыв связей и искажения крист решетки вблизи деф. Энергия образованная 1вакансией =1эВ,а мжузельного=2-3эВ

В термодинамич равновесии кристалл всегда содержит вакансии и междоузельные атомы вследстви теплового колебания атомов. В п/п и ионных кристаллах точ дефекты приводят к изменению распред элек. Зарядов, т.е. они являются электр.активными центрами.Т. дфекты могут существовать в виде ассоциаций или комплексов.Вероятность их обр тем выше,чем выше энергия связи между точечными дефектами и выше их конц. Вакансии могут образовывать дивакансии ,тривакансии,вакансии тераэдры.Скопления вакансий называются кластерами, они образов поры.Таие деф неустойчивы.В кристалле 90% вакансий сущ в виде моновакансий и лишь 10% в виде их ассоциаций.

19.Линейные дефекты в кристаллах.

К ним относятся дислокации. Дислокация вид несовершенств крист решетки типа обрыва или сдвига атомных слоев ,нарушающих правильное чередование атом. Плоскостей. Различают краевые и винтовые дислокации .Краевая дислокация представляет собой область искажения решетки вблизи кромки атом плоскости ,которые обрываются внутр крист , это так называемая экстра плоскость. Экстра плоскостьвозникает в крист ,например , при незавершенном сдвиге одной части крист относит другой. Тут рис

Линия дислокации в этом случае это граница экстра плоскости .Винтовую дислокацию в кристалле можно определить как сдвиг одной части крист относит другой , но в оличи от краевой дисл линия винтовой дисл параллельна сдвигу. Тут рис

Можно представить себе ,что произведен разрез , а потом сдвиг по разрезу .Крист,содержащий винт дислокацию состоит не из параллельных атом. Плоскостей ,а как бы из однойц плоскости ,закрученной как винтовая лестница ,ось этого винта и есть ось дислокации. Как првило в крист дисл являются смешанными ,имеются краевые и винтовые компоненты,при этом лини дислокации предст собой пространственные петликоторые зааются сами на себя или рзветвляются на другие дислок петли или выходят на поверхность крист,линия дисл не может заканчиваться и начинатьяс внутри дисл.

20.Контур и вектор Бюргерса.

Искажение решетки обусловлено присутствием дислокации сосредоточены вблизи её линии ,узкой области диаметром нескольких межатомных расстояний. Величина и характер, буслов

Наличием дислокаций нарушений ,а также связная с этим величина упрогой энергии определяется вектором Бюргерса. Его физический смысл вытекает из понятия о так называемом контуре Бюргерса. Тут рис.

Допустим что в решетке имеется лишняя полуплоскость , край этой полуплоскости является осью или линией простейшей краевой дислокации.Проведем в одной из атом ных плоскостей замкнутый контур ABCD в идеальной решетке он не замнут . Вектор на который надо провести _вектор Бюргерса, а сам контур конткр Бюргерса. В случае краевой дисл вектор Бюргерса перпенд оси дислокации . В случае винтовой дислокации её ось паралл вектору бюргерса и направлению сдвигаюДля инт дислокации вектор Бюргерса это шаг винта. Вектор Бюргерса смешанной дислокации от 0до90 градусов клиньев дислокации. Разрыв контура характеризует сумму всех упругих смещений решетки ,накопившихся в области вблизи дислокации.Таким образом вектор Бюргерса это мера искажений,обусловленных наличием дислокации.Дислокации окружены полем упругих напряжений . област над линией краевой дислокации испытывает напряжение сжатия а подней напряжение растяжения .Вокруг винтовых дислокаций существует поля сдвиговых или касательных напряжений . величина упругой энергии ,вызываемой дислокацией пропорциональна квадрату вектора Бюргерса

21. Взаимодействие и перемещение дислокаций.

Условно краевые дислокции подрзделяются на положит и отриц. Положит дислок соответсвует случаю,когда в верхней части крист расположена экстраплоскость обозначается Отриц дислокация соответствует противополжн случаю и обозначается . такие 2 дислокации различаются лишь поворотом на 180 градусов, поэтому понятие знаки дисл приобретает смысл если рядом есть еще одна дисл для их сравнения . Дислокации могут взаимодействовать между собой , одноименные отталкиваются , разноименные притягиваются . под действием напряжения дислкации в кристалле могут перемещаться , при этом разноименные дислокации движуться в разные стороны под действием одного и того же внешнего напряжения. Разноименные дислокации , движущиеся в одной плоскости при встрече могут взаимоуничтожаться (аннигилировать) Направление вращения винт дисл играет ту же роль что и знак краевой дисл . При этом различают правую и левую винтовую дисл . 2 правые или левые дисл отталкиваются , правая и левая притягиваются. Чем больше ретикулярная плотность плоскости тем меньше энергия дисл и легче перемещение, этим обьясняется то что дисл как правило возникают и двигаютяс по плоскостям и направлениям наиболее густо заселенных атомами ,т.е. с максимальной ретикулярной потностью. Взаимодейсвие дисл в соответсвии с критерием Франка:

22.Полные и частичные дислокации

Дислокации у которых вектор Бюргерса равняется трансляционному вектору называются полными дислокациями . помимо полных важную роль в процессах деформации , взаимодействия с примесями играют частичные и связанные с ними расщепленной дислокации и эффекты упаковки ю в идеальной пов-ти укадки слоев ГЦК и ГП решетки могут возникать изменения , соответсвующие нарушениям типа двойников или дефектов упаковки . в случае двойникового дефекта в ГЦК решетке слои чередуютяс в последовательности ABC ABC ABC ABC …..расположение слоев справа от слоя C . Возможен дефект упаковки , при котором посл-ть укладки имеет вид ABCACABC.. т.е. дефект представляет собой как бы тонкий слой гексагональной упаковки в ГЦК решетке .нарисуем слой атомов в плоскости для гцк решетки , по которому происходит скольжение

Полному сдвигу соответствует дислокация с вектором В1 при этом вектр В1 соотв вектору трансляции . Однако такой сдвиг энергии невозможен . Атомам слоя легче переместится из лунок В в лунку С , а затем снова в лунку В . При скольжении из В в С возникает дислокация с вектором Бюргерса В2 , который не соответств трансляционному вектору ,такая дислокация называется частичной дислокацией . Она является границей дефекта упаковки и её вектор < трансл. Сдвиг атома дефектного слоя снова в лунку В исправляет последствия образования такого дефекта . Подобный сдвиг дает вторую частичную дислокацию с вектором Бюргерса В3 .Таким образом вместо прямого скольжения реализуется зигзаго образное скольжение В принадл В . Комплекс , состоящий из двух таких частичных дислокаций , связанных с дефектом упаковки называется расщепленной дислокацией.

23. Взаимодействие дислкокаций с точечными дефектами.

Наиболее важны 2 типа взаимодействий : упругое и электрическое .

Упругое взаимодействие обусловлено полями упругх нормальных напряжений вокруг дислокации и примесных атомов.Знак напряжени0 вокруг атомов примеси зависит от соотношения атомных радиусов вещества основания примеси.В растворе если радиус примеси > радиуса основы матрица растворителя возникает напряжение сжатия , в противном случае напряжение растяжения . В растворах внедрение напряжения всегда склеивющее . Атом создающий растягивающее напряжение будет стремиться в сжатую область вблизи дислокации , атом создающий сжимающее напряжение в растянутую. Элек. Взаимодейсвие проявляются в п/п и ионных крист. Оборванные связи в дислокациях действуют как акцепторы дохватывают электроны проводимости и тем самым создают кулоновское взаимодействие между дислокациями и полож ионами . Примеси создающие примесные атмосферы вокруг исходных дислокаций (атмосферы Котрелла) тормозят их размножение и перемещение. Степень закрепленности дислокации зависит от температуры их образования. При высоких температурах образования , когда атомы примеси достаточно подвижны дислокации оказывается максимально закрепленными атмосферами ,поэтому ростовые дислокации, образующиеся при выращивании кристалла значительно менее подвижны чем дислокации ,возникающие при более низких температурах.

24. Зарождение дислокаций

Зарождение и движение дислокаций происходит в результате упругих макронапряжений даже в относительно современных кристаллах зарождение дислокаций происходит на каких то концентраторах напряжения . Источники: различные поверхностные и лбьемные неоднородности .В приборных структурах основной вклад дают напряжения ,возникающие на границе п/п материала мат . соседнего слоя .Из за различия коэф термического линейного расширения образование дислокаций может быть вызвано пластической деформацией и хрупким разрушением.Важную роль играет наследование дслокаций монокристалла из затравки, а в случае эпитакс слоев –из подложки.Чаще всего размножение дислокаций осуществляется по механизму Франка-Рида .Источник Ф-Р образ в результате действия приложенного напряжения на дислокацию ,закрепл в 2 точках. Закрепление препятствует премещению дислок линии как целого, поэтому закрепл участок выгибается по действием напряжения,действ в плоскость скольжения дислок. Тут рис

25. Наблюдение дислокаций

Дефекты структуры существенно изменяют свойства п/п матер.и структур. Влияние дислок на электрофиз свойства связано с тем , что они вносят в запрещенную разрешенные уровни энергии , поэтому они должны быть охарактеризованы с макс. Степенью точности .Методы визуализации дислокации могут быть классифицированы:1. Наблюдение дислок в обьеме кристалла с помощью ИК-спектроскопии , рентгеновской ,электронной , сканирующей микроскопии 2. Выявление мест выхода дислокации на поверхность кристалла с помощью избират травления и наблюд в оптич микроскопии . Наблюдение в обьеме основано на взаимодействии электрона , рентгеновского и инфракрасного излучения с полями деформации вокруг дислокации . Наиболее простым и распространенным методом является исследование ям от травления с помощью опт микроскопов.Дислокация со значительной краевой компонентой притягивает к себе точечные компоненты , поэтому вблизи линии линии дислокации концентрация дефектов всегда выше. Скорость травления кристалла вблизи выхода линии дислокации на поверхности кристалла всегда выше . Метод заключается в травлении поверхн грани или шлифов кристалла предварительно подобранным реактивом. Места выхода дислокации травятся с большой скоростью ,что приводит к образованию ямок травления . Такое травление называется избирательным или селективным, оно приводит к образованию фигур травления . Фигура травления выявляет присутствие дислокации,границ субзерен и других дефектов .Фигуры или ямки травления ограничены наиболее плотноупакованными плоскостями и имеют строго определенную форму. Ямки травления наблюдают с помощью микроскопа и подсчитывают их поверхностную плотность. Поверхностная плотность не должна превышать десять в четвертой сантиметр в -2

26. Поверхностные дефекты

К поверхностным дефектам относятся различного рода поверхности раздела , которые можно подразделить на 2 группы: Межфазные и внутрифазные. Под внутрифазными понимают области контакта различно ориентированных крист ершеток одной и тойже фазы. Если углы разориенации относительно невилики <5град ,то границы нзываются малоугловыми или субграницами , а раздел ими области –субзернами. Малоугловые границы формируютсмя стенками дислокации, при дислокации располагаются др под др .Это вязано с тем ,что система дислок параллельна плоскост скольжения наименее устойчива когда дислокации располжены дро под др .Под микроскопом субграница выглядит как цепочка ямок травления , равно отстоящих др от др.Чем меньше угол разориентации тем меньше плотность дисл и больше плотности ямок травления . Если углы разориентации велики и превышают 5 град , то границы наз-ся большеугловыми , а раздел ими области материала – кристаллами или зернами . материал содержащий такие границы яв-ся поликристаллическим. Тут рис.