25

ФиХТТ Лекция 3

4. Дефекты в твердых телах

Кристаллы, атомы в которых расположены строго периодически, называют идеальными. Все реальные кристаллы обязательно содержат отклонения от идеальной структуры, такие отклонения принято называть дефектами структуры.

Многие свойства реальных кристаллов - механические, оптические, диэлектрические, диффузия во многом определяются наличием дефектов решетки. Такие свойства называются структурно-чувствительными.

Следует различать макро- и микродефекты. Первые легко видны в микроскоп – это поры, трещины, раковины, посторонние включения примесных скоплений, видимые границы отдельных кристаллитов (зерен поликристалла). К микродефектам или дефектам, рассматриваемым на атомном уровне, относят такие, у которых хотя бы один из трех его размеров (x, y, z) сравним с периодом кристаллической решетки a=0,2…0,5 нм.

4.1. Классификация дефектов

Для классификации дефектов были предложены различные подходы, но не один из них не является универсальным.

Дефекты могут быть условно разделены на два типа:

• стехиометрические – не связанные с изменением стехиометрии;

• нестехиометрические – возникающие вследствие изменения состава кристалла.

Дефекты кристаллической решетки по геометрическому принципу делятся на точечные, линейные, поверхностные и объемные.

Точечными дефектами называют нарушения структуры, бесконечно малые в трех измерениях. Появление таких дефектов вызывается:

• перемещением собственных атомов кристаллической структуры;

• замещением атома;

• присутствием постороннего атома;

• наличием свободных мест в решетке или линейными несовершенства­ми.

Точечные дефекты в свою очередь делятся на:

• энергетические дефекты, вызванные тепловым движением, временные несовершенства или возбужденные состояния, вызванные радиацией;

• атомные дефекты, связанные со смещением атомов из нормальных положений в междоузлие, наличием вакансий, присутствием примесных атомов;

• электронные дефекты, вызванные изменением распределения элек­тронов по энергетическим уровням.

Линейными дефектами называют нарушения кристаллической струк­туры, малые в двух измерениях и достаточно протяженные в третьем.

Линейные дефекты бывают двух видов: иглообразные дефекты - цепоч­ки вакансий или примесных атомов и дислокации - краевые, винтовые и криволинейные.

Поверхностными дефектами называют нарушения структуры, до­статочно протяженные в двух измерениях и малые в третьем. Такие дефекты разделяют в кристалле объемы, решетки которых отличаются друг от друга, например, пространственной ориентацией. Эти дефек­ты бывают бесдислокационного и дислокационного характера. Типич­ные их виды - дефекты упаковки и межзеренные границы. Дефекты упаковки - это нарушения в чередовании плотноупакованных плоскос­тей. Межзеренные дефекты представляют собой переходную область между участками кристаллов, различно ориентированных в простран­стве.

Объемными дефектами называют дефекты кристаллической решетки, значительные во всех трех направлениях. К ним относят дефекты типа пор или включений другой фазы.