Точечные дефекты реш-кии

К ним относятся атомы инородных элем-ов (легирующих элеме-ом или примесей), межузельные атомы (атомы основного элемента, по каким-либо причинам покинувшие узлы кристал-ой реш-кии и застрявшие в междоузлиях), вакансии или не занятые атомами узлы кристал-ой реш-кии.

а)вакансия,б)межузел-ый атом, в)чужеродный атом.

Представление о вакансиях было впервые введено Я. И. Френкелем для объяснения процессов диффузии в металлах - матер-лах с плотноупак-ой кристалл-ой реш-киой. При наличии в кристалл-ой реш-кии вакансии атом может перескочить из узла реш-кии в вакантное место. Тем самым вакансия смещается, и процесс диффузии можно описывать как последоват-ое перемещение атомов или как движение вакансий. Такой подход хорошо объясняет темпер-ую зависимость диффузии. С ростом темпера-ы увелич-ся связанная энергия системы и растет концент-ия вакансий, поэтому с ростом темпер-ы активизируется диффузия.

Согласно модели Френкеля, при образ-ии вакансий атом из узла кристалл-ой реш-кии перепрыгивает в междоузлие, и появляется пара дефектов - вакансия и межузел-ый атом, или пара Френкеля. Несколько позже Шоттки оценил энергию упругих искажений реш-кии вблизи вакансии и вблизи межуз-ого атома и показал, что энергия упругих искажений реш-кии вблизи межуз-ого атома существенно больше энергии искажений вблизи вакансии. Это позволило ему предложить другой механизм образов-ия вакансий. Атом выходит на поверх-ть кристалла, и образующаяся вакансия мигрирует (перемещается) в глубь кристалла. Совершенно очевидно, что вероятность образования вакансий по механизму Шоттки существенно выше вероятности образов-ия вакансий по механизму Френкеля.

Наличие точечных дефектов оказывает влияние не только на диффуз-ые процессы в матер-ах, но и на их электр-ие св-ва. В метал-их матер-лах основным носителем заряда яв-ся свободные элек-ны. Поскольку кристалл-ая реш-ка металлов упакована плотно, то распростр-ие элект-ов удобнее всего представить в виде движения электронной волны. При взаимод-ии электронной волны с узлами кристалл-ой реш-кии, электронная волна передает энергию находящимся в них ионам. Поглотив энергию электронной волны, ионы возбуждаются, колеблются и распространяют во все стороны дифрагированные элек-ые волны. Дифрагированные волны интерферируют, и образуется новая волна. В том случае, когда кристалл-ая реш-ка правильна, ионы явл-ся когерентными источниками дифрагированные волн, поэтому амплитуды дифрагированных волн суммируются, и формируется новая волна, амплитуда которой равна амплитуде исходной волны. Энергия волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, таким образом, в правильной кристалл-ой реш-кие электр-ая волна движется без потерь, и удельное электр-ое сопротивление матер-ла с идеальной кристал-ой реш-киой равно нулю. Появл-ие в кристал-ой реш-кие дефектов приводит к смещению некоторых ионов из равновесных положений, и дифрагированные волны становятся некогерентными. С ростом темпер-ы концент-ия вакансий растет, а след-но, увеличивается удельное электросоп-ие. Аналогичным образом удельное электросопр-ие растет при легировании металлов вследствие появл-ия атомов примесей, искажающих кристалл-ую реш-киу. В матер-ах с ионной связью м/у атомами осн-ым носителем заряда явл-ся ионы. При появл-ии вакансий перемещение ионов облегчается, а след-но, падает удельное электросоп-ие. При появлении в матер-ле примесей кристалл-ая реш-ка искажается, энергия матер-ла локально повышается, что способствует облегчению выхода иона из потенц-ой ямы. Таким образом, появл-ие любых точечных дефектов ведет к снижению электросопр-ия матер-лов с ионной связью.