Визначення точкових дефектів

У результаті проведених досліджень були відкриті перші «точкові» дефекти атомної будови кристалів, які в науці одержали назву точкових дефектів за Френкелем (рис. 5.1 а).Під впливом температурних флуктуацій атом залишає своє регулярне положення в кристалі, що відповідає вузлу просторової решітки, і займає нову позицію між сусідніми атомами, що відповідає положенню між вузлами просторової решітки. У результаті подібного переміщення атома з вихідного регулярного положення в міжвузлове утвориться пара точкових дефектів: вакансія й міжвузловий атом. Найменування «точкові дефекти», що складаються з міжвузлових атомів і вакансій, одержали через свої розміри: і самі міжвузлові атоми, і вакансії мають розміри, порівнянні з розмірами атома.

Експериментальний доказ наявності в кристалах зазначених точкових дефектів дозволило обґрунтувати на новому атомному рівні механізми дифузії й електропровідності в реальних кристалах: і міжвузлові атоми, і вакансії сприяють і дифузії, і електропровідності. У зовнішньому постійному електричному полі й між вузлові атоми (іони), і вакансії служать переносниками електричних зарядів; вакансія має ефективний електричний заряд, що протилежний заряду між вузлового атома (іона). Зі збільшенням щільності вакансій електропровідність кристала збільшується.

Майже через десять років після відкриття Я.І.Френкелем перших точкових дефектів німецьким дослідником Шотткі був відкритий новий тип точкових дефектів. За Шотткі атом (іон), що залишив свій вузол, не залишається в міжвузловому положенні, а зовсім залишає свій кристал (рис. 5.1 б).При цьому, якщо мова йде про іонний кристал, для збереження электронейтральності кристала сумарна кількість електричних зарядів, що пішли з катіонами, повинне дорівнювати сумарній кількості електричних зарядів, які пішли з аніонами.

На відміну від дефектів за Френкелем точкові дефекти за Шотткі впливають не тільки на збільшення електропровідності кристала, але й на його щільність.

Рисунок 5.1 - Точкові дефекти за Я.І. Френкелем (а) і

за Шотткі (б)

Утворення точкових дефектів за Шотткі супроводжується зниженням розрахункової щільності кристала, і при більших концентраціях кількість цих дефектів може бути обчислено прямими вагарнями методами за втратою ваги кристала.

Як точкові дефекти за Френкелем, так і точкові дефекти за Шотткі ставляться до парних точкових дефектів, оскільки кожні з них містять пари точкових дефектів (або вакансію з міжвузловим атомом, або пари вакансій: аніонну з катіонної). Однак у кристалі можуть існувати й одиночні точкові дефекти: одиночні вакансії, одиночні атоми різних домішок, які завжди наявні в кристалі в більших або менших кількостях.

Утворення точкових дефектів викликає виникнення пружної деформації у кристалі. Так, утворення аніонної вакансії приводить до виникнення ефективного позитивного заряду, що вступає в електростатичну взаємодію з навколишніми катіонами й відсуває їх від вакансії (рис. 5.2 а, б).

Розглянемо поводження вакансій у кристалі. На перший погляд утворення вакансій - процес, що вимагає витрати енергії на розрив декількох міжвузлових зв'язків (розраховуючи на кожну вакансію) і повинен приводити до збільшення вільної енергії кристала.

Рисунок 5.2 - Схема пружної деформації кристалічних

структур при утворенні вакансії в іонному кристалі:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: