Дефекти в кристалах
Назва роботи: Дефекти в кристалах. Класифікація дефектів. Точкові, лінійні і поверхневі дефекти
Предметна область: Хімія та фармакологія
Опис: Лінійні дефекти До лінійним дефектів кристалічної решітки відносяться дислокації. Розрізняють крайові і гвинтові дислокації. Лінія дислокації в цьому випадку це межа екстраплоскості. Гвинтові дислокацію в кристалі можна визначити як зсув однієї частини кристала щодо іншої але на відміну від крайової дислокації лінія гвинтовий дислокації паралельна вектору зсуву.
Розмір файлу: 30.5 KB
Роботу скачали: 133 чол.
Дефекти в кристалах. Класифікація дефектів. Точкові, лінійні і поверхневі дефекти.
Кристалів з ідеальною правильною структурою в природі не існує. В реальних умовах завжди спостерігаються ті чи інші відхилення від регулярного розташування частинок в просторі. Такі відхилення називаються дефектами структури. Прийнято класифікувати дефекти по розмірному ознакою.
- Точкові дефекти, тобто такі, розміри яких в трьох вимірах порівнянні з розмірами атомів.
- лінійні дефекти # 150; розміри в двох напрямки порівнянні з розмірами атомів, а в одному з розмірами кристала.
- поверхневі дефекти # 150; розміри в одному напрямку порівнянні з розмірами атомів, а в двох з розмірами кристала.
- об'ємні дефекти # 150; розміри у всіх трьох напрямках порівнянні з розмірами кристала.
В елементарному полупроводнике, що не містить домішок існує 6 видів точкових дефектів без урахування їх асоціацій. Це вакансії, міжвузольні атоми, атоми-донори, вакансії акцептора, електрони і дірки.
У хімічних сполуках існують ще таких звані антиструктурних зміни, тобто обмін місцями атомів, що утворюють сполуки. Вакансії є вільний або вакантний вузол в структурі кристала. В іонних кристалах, тобто в кристалах, утворених іонами, розрізняють катіонні, зі знаком. і аніонні, зі знаком. вакансії.
У кристалах існують також так звані дефекти Шотткі, які представляють собою вакансії, що утворюються за рахунок випаровування атом з поверхні кристала і потім, завдяки послідовним переміщенням атомів, що рухаються вглиб кристала.
міжвузольні атоми # 150; це атоми основної речовини, покинуло свої вузли решітки і розташувалися в пустотах. Якщо розміри домішкових атомів відрізняються від розмірів основного атома не більше ніж на 10-15%, то він може заміщати основний атом. Це так звані домішкові атоми заміщення. Домішкові атоми, розташовані в порожнинах, називаються домішковими атомами впровадження.
Точкові дефекти можуть виникати під дією якихось зовнішніх чинників. Енергія утворення таких дефектів витрачатися на розрив зв'язку і спотворення кристалічної решітки поблизу дефекту. Енергія освіти однієї вакансії становить близько 1 еВ, міжвузольні атома # 150; близько 2-3 еВ.
Кристал завжди містить вакансії в междоузельних атомах внаслідок теплових коливань атомів. У напівпровідникових і іонних кристалах точкові дефекти призводять до зміни розподілу електричних зарядів, і тому є електрично активними центрами.
Точкові дефекти можуть також існувати у вигляді асоціацій або комплексів.
Вакансії можуть утворювати дивакансії, трівакансіі, вакансійні тетраєдри. Скупчення вакансій називаються кластерами, які можуть утворювати пори. Такі дефекти нестійкі, ймовірність їх утворення тим більше, чим вище енергія зв'язку між точковими дефектами і вище концентрація дефекту. У кристалах 90% вакансій існує у вигляді моновакансій і лише близько 10% у вигляді їх асоціацій.
Міжвузольні атоми можуть утворювати нестійкі лінійні конфігурації. Сприяння вакансії з атомами междоузлия, які утворюються в результаті переміщення атома з вузла решітки в сусіднє междоузлие, називаються дефектами Френкеля.
До лінійним дефектів кристалічної решітки відносяться дислокації. Під дислокациями розуміють вид недосконалості кристалічної решітки типу обриву або зсуву атомних шарів, які порушують правильне чергування атомних площин. Розрізняють крайові і гвинтові дислокації.
Крайова дислокація являє собою області спотворення решітки поблизу кромки атомної площині, яка обривається всередині кристалу. Це так звана екстраплоскості. Екстраплоскості виникає в кристалах, наприклад, при незавершеному зсуві однієї частини кристала щодо іншої. Лінія дислокації в цьому випадку # 150; це межа екстраплоскості.
Кристал, що містить гвинтову дислокацію, складається не з паралельних атомних площин, а як би з однієї площини, закрученої як гвинтові сходи. Ось цього гвинта і є лінія гвинтовий дислокації.
Як правило, в кристалах дислокації є змішаними, тобто мають крайову і кручені компоненту. При цьому лінії дислокації представляються довільними просторовими петлями, які або замикаються самі на себе, або розгалужуються на інші дислокаційні петлі, або виходять на поверхню кристала.
Спотворення решітки, що вноситься дислокацією, зосереджені поблизу лінії дислокації у вузькій області діаметром в декілька міжатомних відстаней. Величина і характер обумовлені наявністю дислокацією порушень, а також пов'язана з цим величина пружної енергії визначається вектором Бюргерса. Його фізичний випливає з поняття про так званому контурі Бюргерса.
Припустимо в решітці є зайва напівплощина. Край цієї півплощини є віссю або лінією найпростішої крайової дислокацією. Проведемо в одній з атомних площин, перпендикулярних осі дислокації замкнутий контур ABCDA. У випадку ідеальної решітки такий контур виявиться незамкнутим, ми прийдемо в точку E. Вектор, який потрібно провести, щоб замкнути контур, називається вектор Бюргерса дислокації, а контур # 150; контур Бюргерса.
У разі крайової дислокації вектор Бюргерса перпендикулярний осі дислокації і для крайової дислокації вектор Бюргерса # 150; це межплоскостное відстань до обірваного площині.
У разі гвинтовий дислокації її вісь паралельна вектору Бюргерса і напрямку зсуву. Для гвинтової дислокації вектор Бюргерса # 150; це крок гвинта. Вектор Бюргерса змішаної дислокації знаходиться під деяким кутом від до лінії дислокації. Розрив контура характеризують суму всіх пружних змішень решітки, що накопичилися в області навколо дислокації. Таким чином, вектор Бюргерса # 150; це міра спотворень, обумовлених присутністю дислокацією. Дислокації оточені полем пружних напружень. Область над лінією крайової дислокації відчуває напругу-стиснення, а під нею напруга-розтягнення. Навколо гвинтовий дислокації існує поле зсувних або дотичних напружень. Величина пружної енергії спричиненої дислокацією, пропорційна вектору Бюргерса.
Взаємодія і переміщення дислокації
Умовно крайові дислокації поділяють на позитивні і негативні. Позитивна дислокація відповідає випадку, коли зайва напівплощина у верхній частині кристала. При цьому у верхній половині кристала діє стискуюче напруга, а в нижній # 150; розтяжне. Позначається така дислокація знаком # 150; це позитивна крайова дислокація. Негативна крайова дислокація відповідає протилежного нагоди і позначається знаком.
Ці два типи дислокацій розрізняються лише поворотом кристала на. тому поняття знака дислокації набуває сенсу, якщо поруч є ще одна дислокація для їх порівнянь. Гвинтові дислокації діляться на праві і ліві у напрямку обертання гвинта.
Дислокації можуть взаємодіяти між собою. Однойменні відштовхуються, а різнойменні притягуються. Під дію одного і того ж зовнішнього напруги різнойменні дислокації рухаються в різні боки. Різнойменні дислокації, що рухаються в одній площині, при зустрічі можуть взаємно знищуватися або аннигилировать.
Чим більше ретикулярна щільність площині, тим менше вектор Бюргерса, тим менше енергія дислокації і легше її переміщення. Цим пояснюється той факт, що дислокації, як правило, виникають і рухаються по площинах і напрямах найбільш густо заселені атомами, тобто з максимальною ретикулярної щільністю. Взаємодія дислокацій відбувається відповідно до критерію Франка. Реакція злиття або розщеплення дислокацій йде в такому напрямку, щоб сума квадратів векторів Бюргерса дислокацій, що утворюються при реакції була меншою від суми квадратів векторів Бюргерса вихідних дислокацій.
Взаємодія дислокацій з точковими дефектами
Розрізняють два види взаємодії: пружне і електричне.
Пружне взаємодія обумовлено полями пружних нормальних напружень навколо дислокації і примесного атома. Знак напруги навколо атома домішки залежить від співвідношення атомних радіусів речовини основи і домішки. Атом, що створює розтяжне напруга, буде прагнути в стислу область поблизу дислокації. Атом, що створює стискуюче напруга, # 150; в розтягнуту область.
Електричне взаємодія проявляється головним чином в напівпровідниках і іонних кристалах. Обірвані зв'язку в дислокації діють як акцептори. Ці зв'язки захоплюють електрони провідності і створюють кулонівської взаємодії між дислокацією і позитивними іонами. Домішки можуть утворювати домішкові атмосфери навколо лінії дислокації. Це так звані атмосфера Коттрелла, які гальмують переміщення і розмноження дислокацій.
Ступінь закріплених дислокації залежить від температури їх утворення. Дислокації, що виникають при високих температурах, коли атоми домішки досить рухливі, виявляються максимально закріпленими атмосферами. Тому ростові дислокації, що утворюються при вирощуванні кристала, значно менш рухливі, ніж дислокації, що виникають при більш низьких температурах.
Освіта руху дислокації відбувається в результаті релаксації пружних макронапружень. Навіть у відносно скоєних кристалах зародження дислокацій відбувається на якихось концентраторах напруги. Джерела таких макронапружень можуть бути різні поверхневі й об'ємні неоднорідності. У приладових структурах основний внесок дає напругу, що виникає на межі сусідніх шарів через різницю коефіцієнтів термічного лінійного розширення. Освіта дислокації може бути викликано процесами пластичної деформації і крихкого руйнування при операції різання, шліфування, полірування пластин, скрайбуванні (одна з останніх операцій при виробництві інтегральних схем, це операція різання пластини на окремі чіпи). Важливу роль відіграє спадкування дислокацій монокристала з затравки. А в разі епітаксійних шарів з підкладки.
Найчастіше розмноження дислокацій відбувається за механізмом Франка-Ріда. Джерело Франка-Ріда утворюється в результаті дії прикладених напружень на дислокації, закріплені в двох точках. Закріплення може відбуватися атмосферами Коттрелла. В результаті закріплення перешкоджає переміщенню дислокационной лінії в цілому, тому закріплений ділянку починає вигинатися під дією напруги і генерувати нові дислокації.
Дефекти структури змінюють властивості напівпровідникових матеріалів і приладових структур. Вплив дислокацій пов'язане з тим, що вони вносять в заборонену зону матеріалу дозволені рівні. Тому вони повинні бути охарактеризовані з якомога більшою точністю. Методи візуалізації дислокації напівпровідника можуть бути класифіковані в такий спосіб:
- Спостереження дислокації в обсязі кристала за допомогою інфрачервоної спектроскопії, рентгенівської спектроскопії, електронно-мікроскопічно на просвіт, за допомогою скануючої електронної мікроскопії.
- Виявлення місць виходу дислокації на поверхню кристала за допомогою виборчого травлення і спостереження в оптичний мікроскоп.
Останній метод є найбільш простим і поширеним. Він полягає в тому, що труїть поверхні кристала підібраним реактивом. Місця виходу дислокації на поверхню має збільшену хімічну активність і в них травлення кристала відбувається з більшою швидкістю. Таке травлення називається виборчим або селективним і призводить до утворення так званих фігур травлення, які і дозволяють виявити присутність дислокацій кордонів субзерен. Фігури або ямки травлення огранювати найбільш щільноупакована площинами і мають, тому строго певну форму. Поверхнева щільність ямок травлення підраховується в оптичний мікроскоп і є мірою структурного досконалості кристала. У приладових структурах вона не повинна перевищувати. якщо більше # 150; це вже неякісний матеріал.
До поверхневих недоліків відносяться різного роду кордону розділу, які діляться на дві групи: міжфазні і внутріфазние. Міжфазні кордону поділяють області, що знаходяться в різному фазовому стані. Області внутріфазние в області контакту по-різному орієнтовані у кристалічних решіток однієї і тієї ж фази.
Якщо кути разориентация відносно не великі: менш. то межі називаються малокутових або субграніцамі, а колективні ними області # 150; субзёрнамі. Малокутових кордону формуються так званими стінками дислокації.
При цьому однойменні дислокації розташовуються один під одним, оскільки таке розташування системи дислокацій в паралельних площинах ковзання найбільш енергетично вигідно і стійко. Під мікроскопом субграніца виглядає як ланцюжок ямок травлення, рівновіддалених один від одного. Чим менше кут разориентация, тим менше щільність дислокацій на кордоні і менше щільність ямок травлення. Якщо кути разориентация великі і перевищують. то межа називається большеугловимі, а колективні ними область матеріалу # 150; кристаллитами або зернами. Матеріал, що містить такі кордону, є вже полікристалічним.
З якою метою ми їх вивчали Щоб швидше визначати чи ділиться число сума твір на задану число. а Знайдіть числа 365 Щоб знайти частину від числа треба число поділити на знаменник і помножити на чисельник вийде 292; б Знайдіть число якщо його рівні 146. Щоб знайти результат треба число поділити на чисельник і помножити на знаменник вийде 219 2. а будь-число не ділиться на 10; Що б сума ділилася на число треба щоб кожний доданок поділялося на число: 140 ділиться на 10 означає x повинен ділитися на.
Освітні: познайомити учнів з поняттям простого і складеного числа повторити поняття дільника і класифікації закріпити алгоритм рішення задач на рух. 1 Перш за все згадаємо яке число називається дільником числа а Дільником числа a називається число на яке а ділиться без залишку або: b ділить а якщо існує таке число з А = bс. Запишіть подільники числа 30.
Основна мета: сформувати здатність уявлення числа у вигляді добутку простих множників; повторити і закріпити: поняття простого і складеного числа ознаки подільності. З отримав ряду чисел назвіть числа кратні 3. З отримав ряду чисел назвіть числа кратні 9. З отримав ряду чисел назвіть числа кратні 6.