lection_part1-2

подрешетки, вставленные друг в друга, где замещение идет, в основном, хаотически по подрешеткам соответствующих групп, например, Al замещает Ga и наоборот, а As – Sb. Кристаллическая решетка ТР компонента А в химическом соединении АВ приведена на рис. 16.2, в.

Вероятность обнаружить замещающий атом в узле решетки есть постоянная величина, не зависящая от координат, но зависящая от со-

става ТР. Если атомы В замещают атомы А в соединении АС, то структурную формулу ТР (МТР) можно записать в виде А1-хВхС, где х – мольная (атомная) доля компонента В, равная вероятности обнаружить соответст-

вующий атом в ТР. Таким образом, соединения А1-хВхС (0<x<1) для любых х изоструктурны между собой (т.е. с одинаковой кристаллической решет-

кой) и с крайними членами ряда – соединениями АВ и ВС.

В ТР внедрения (например, Ni в NiSb) атомы растворенного элемента располагаются в междуатомных промежутках кристаллической решетки

– так называемых порах (по виду различают октапоры – октаэдрические поры, тетрапоры – тетраэдрические поры). Растворимость по типу внедрения обычно невелика и лишь в редких случаях достигает 10%.

ТР вычитания (вообще-то это растворы с дефектной решеткой) образуются лишь на основе химических соединений. В таких ТР избыточные атомы растворенного компонента занимают положение в узлах, а часть позиций второго компонента оказываются пустыми. По способу вычитания растворяется тот компонент из химического соединения, атомы (ионы) которого имеют больший эффективный атомный (ионный) радиус.

Часто в МТР ввиду различной растворимости компонентов друг в друге и сложности взаимодействия компонентов наблюдаются отклонения от какого-то одного варианта образования ТР, возможны сразу несколько вариантов вхождения атомов в кристаллическую решетку основы ТР (матрицу). ТР вообще привлекают интерес в связи с возможностью не только плавного изменения состава, но и часто плавного изменения свойств вместе с составом. Например, изменение многих свойств МТР А1-хВхС приблизительно происходит от свойств соединения АВ до свойств соединения АС. Известно, что обычно свойства целого качественно отличны от свойств составляющих частей, поэтому в МТР не исключено и появление качественно новых по сравнению с компонентами свойств, проявляющихся при сложном взаимодействии разнородных атомов в образующейся решетке. Например, для полупроводниковых МТР АIIIВV (элементов III и V групп) возрастает число степеней свободы К, позволяющих независимо регулировать все большее число параметров (свойств) многокомпонентной системы. Величина К определяется соотношением K=M+N–2, где M и N число атомов III и V групп Периодической таблицы Д.И.Менделеева. В этом смысле обычное бинарное (двухкомпонентное) соединение А3В5 имеет нулевую, трехкомпонентное – одну, четырехкомпонентное – две степени свободы. Поэтому в случае четырехкомпонентного ТР можно управлять

181

только двумя параметрами, например, параметром кристаллической решетки и шириной запрещенной зоны. В случае пятикомпонентного ТР имеют место 3 степени свободы, что дает возможность независимо изменять дополнительную величину – коэффициент теплового расширения (КТР). Переход к шестикомпонентным ТР добавляет еще одну степень свободы и позволяет управлять также величиной показателя преломления. Однако использование шестикомпонентных систем существенно усложняет технологию получения, что связано с расширением области термодинамической неустойчивости и сужением области существования МТР.

За разработку в области получения и исследования полупроводниковых МТР и структур на их основе (гетероструктур – сопряженных на уровне кристаллической решетки «сэндвичей» из различных ТР) наш соотечественник Ж.И. Алферов (р.1930г.) был удостоен Нобелевской премии 2000г.

Принцип вхождения атомов в матрицу тех или иных дозируемых примесей, меняющих ее свойства, является фундаментальным для создания многих материалов в технике, начиная от высокопрочных сплавов и заканчивая кристаллами для квантовой полупроводниковой электроники.

В настоящее время ТР получили широкое практическое применение:

–полупроводниковые – в электронной технике (начиная от транзисторов и (свето)диодов и заканчивая СD–ROM’ми, сотовыми телефонами, компьютерами);

–металлические – в качестве конструкционных материалов в машиностроении и т.п.

182