Точечные дефекты и их влияние на электрические свойства кристалла
Для электрических и оптических характеристик кристаллов важнейшую роль играют точечные дефекты, которые могут возникать даже в изначально идеальном кристалле. Например, некоторые атомы вблизи поверхности кристалла в какой-то момент времени могут обладать достаточной энергией, чтобы вырваться из своего равновесного положения. При этом в узле кристаллической решетки, который оставил атом, образуется вакансия, а сам атом либо переходит в другое равновесное положение, образуя или достраивая новый атомный слой, либо полностью покидает кристалл. Вакансия при этом может входить в объем, как показано на рис. 8, а. Принято называть вакансию без расположенного вблизи междоузельного атома дефектом по Шоттки.
Рис. 8. Дефекты кристаллической решетки. а – по Шоттки; б – по Френкелю; в – замещения; г – внедрения; д – краевая лислокация
Концентрация дефектов по Шоттки nш зависит от энергии Еш , необходимой для образования вакансии, температуры Т, а также концентрации атомов n0 кристаллической решетки: nш Из этой формулы следует, что количество вакансий сильно растет с увеличением температуры. Отметим, что Eш имеет величину порядка электронвольта, например, для алюминия Eш = 0,75 эВ. В случае одновременного образования междоузельного атома и вакансии (рис. 8-б) дефект называется дефектом по Френкелю. Равновесная концентрация nфдефектов по Френкелю равна:
nф где n1 – концентрация междоузлий, Eф – энергия перехода атома из узла в междоузлие (она тоже имеет значение порядка электрон-вольта). Обычно число пустых узлов (вакансий) колеблется в пределах 1015 – 1019 см -3. Наиболее вероятные места возникновения собственных точечных дефектов – это дислокации, границы раздела между микрокристаллическими включениями, нарушения в поверхностной структуре, примесные атомы. В этих местах кристалла возникает деформация решетки и ослабление связей между атомами основного вещества. Энергия дефектообразования вблизи этих мести уменьшается. Такие места называют источниками дефектов. Междоузельные атомы и вакансии могут перемещаться по кристаллу. Перемещение вакансии является результатом перехода соседнего с ней атома на ее место. Таким образом, вакансия скачком перемещается на одно межатомное расстояние. Конечно, наличие примесей, дислокаций и других нарушений кристаллической решетки влияет на скорость перемещения вакансий. Если на пути своего движения междоузельный атом встречает вакансию, то он может занять это вакантное место, и оба дефекта исчезают. В этом случае говорят, что произошла рекомбинация дефектов. Дефекты могут исчезать и при достижении какого-либо протяженного нарушения в строении кристалла (например, дислокации). Такие места называются местами стока вакансий и междоузельных атомов. Как было уже сказано, примесные атомы также являются дефектами кристаллической решетки. Кристаллы, примесные атомы в которых располагаются в узлах решетки (рис. 8-в), называются твердыми растворами замещения. Если же примесь занимает междоузельные состояния (рис. 8-г), то кристалл называется твердым раствором внедрения. Примесь не только искажает структуру кристаллической решетки, но может сильно изменить число свободных носителей заряда в кристалле. Полностью исключить нежелательную примесь не удается. Сверхчистый кремний, например, имеет концентрацию неконтролируемых примесей 1011 – 1012 см -3. Точечные дефекты могут сильно менять электрические свойства кристаллов, а также их механические и оптические свойства, стимулировать протекание химических реакций, диффузии и т.д. Технически «чистый» германий по проводимости близок к металлам, и только его очистка, снижающая содержание примесей до минимума, приводит к тому, что его проводимость уменьшается, и он становится настоящим полупроводником. Очищенное железо перестает быть химически активным и не подвергается коррозии. Многие металлы при очистке из хрупких тел превращаются в пластичные.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (994)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |