Поликристаллические и аморфные материалы

Поликристаллические полупроводники состоят из отдельных кристаллов (гранул, зерен). Поликристалл это агрегат мелких монокристаллов различной ориентации (кристаллических зерен). В поликристаллах не проявляется анизотропия свойств, характерная для монокристаллов. О кристаллическом строении таких тел судят по наличию определенной температуры плавления, при которой происходит резкий переход тела в жидкое состояние. Размер зерен поликристаллов может варьироваться от нескольких нанометров (мелкокристаллические или мелкодисперсные поликристаллы) до нескольких миллиметров (крупнокристаллические поликристаллы или мезокристаллические материалы).

1) Кристаллическая структура внутри зёрен – идеальна.

2) Границы зёрен – области соприкосновения двух кристаллов, разориентированных друг относительно друга. Граница зерна - поверхность, по обе стороны от которой кристаллические решетки различаются пространственной ориентацией. Граница зерна – поверхностный дефект кристаллической решетки. По величине разориентировки соседних зерен, границы зерен подразделяют на высоко- и малоугловые. Высокоугловые границы зерен могут содержать зернограничные дислокации, движение которых в плоскости границы зерен обусловливает зернограничное скольжение.

Рис. 1.24. Строение границы между зернами 1 и 2. На приведенном примере – высокоугловая граница двух зерен.

Классификация границ зерен

Малоугловая граница – граница, по обе стороны от которой разориентация кристаллических решеток менее 5^о. Малоугловые границы образованы системами дислокаций, в простейшем случае это — стенки дислокаций. Граница наклона — малоугловая граница, образов, стенками краевых дислокаций. Граница кручения — малоугловая граница, образованная стенками винтовых дислокаций.
Высокоугловая граница - граница, по обе стороны от которой разориентация кристаллических решеток более (10 – 15)°. Кристаллические решетки зародышей соседних зерен в общем случае сильно разнятся по пространственной ориентации, и поэтому зерна разделены высокоугловыми границами. Границы зёрен с высоким разупорядочением как правило имеют сложную структуру и могут состоять из дислокаций, двойников, нанопор, кластеров точечных дефектов и др. В общем случае высокоугловые границы имеют более рыхлое строение и значительно быстрее мигрируют, чем малоугловые границы. Миграция высокоугловых границ — один из наиболее, важных процессов в металлах; она, в частности, обеспечивает рост зерен при рекристаллизации.
Межфазная граница — граница между кристаллами, принадлежащими разным фазам. Различают три типа межфазных границ: когерентные, полукогерентные и некогерентные. На когерентной межфазной границе решетка одной фазы плавно переходит в решетку другой фазы, так что атомы на границе принадлежат одновременно кристаллическим решеткам двух фаз. Несоответствие решеток двух фаз обусловливает упругую деформацию, изгиб атомных плоскостей на когерентной межфазной границе. Некоторые атомные плоскости кристалла одной фазы не имеют продолжения в кристалле соседней фазы. Область несовершенства вокруг края такой атомной плоскости, оканчивающейся на межфазной границе, является дислокацией, называемой дислокацией несоответствия. На полукогерентной межфазной границе такие дислокации чередуются с участками плавного сопряжения решеток двух фаз. При очень большом несоответствии решеток двух фаз, когда плавное сопряжение их вообще невозможно, межфазная граница называют некогерентной.

Большинство твердых тел (минералы, металлы, сплавы, керамики и др.) имеют поликристаллическое строение.

Аморфные полупроводники.

Структура аморфных полупроводников теоретически описывается значительно труднее, чем других неупорядоченных структур: аморфных, жидких металлов, сплавов. Это связано с сильной зависимостью физических свойств аморфных полупроводников от взаимной направленности ковалентных связей. В жидких и аморфных металлах межатомные взаимодействия имеют сферический характер. Ориентационная зависимость или отсутствует, или её влиянием можно пренебречь. В аморфных полупроводниках направленность связей является ярко выраженной первопричиной практически всех их свойств.

Для аморфных полупроводников можно утверждать, что “беспорядок” – это не только хаос; этот термин предполагает наличие испорченного порядка”. (Зейман).

Жидкие кристаллы

Некоторые вещества при повышении температуры переходят из твердого состояния в жидкокристаллическое, т.е. обладают одновременно свойствами твёрдого тела (анизотропия) и жидкостей (текучесть). Открыты в конце прошлого века (1888 г. Рейнитцер). Однако нашли широкое применение лишь в 70-е годы.

Жидкие кристаллы: 1) нематические (немо – нить)

2) смектические (смегма – мыло)

3) холестерические (имеют структуру, как у холестерин)

(а) (б) (в)

Рис. 1.25. Схема строения различных типов жидких кристаллов: (а) - нематические, (б) – смектические, (в) - холестерические.

Молекулярная структура жидкого кристалла весьма тонко уравновешена. Любое слабое возмущение, нарушающее равновесие сил взаимодействия между молекулами, может приводить к заметным изменениям оптических свойств: отражение, пропускание, окраска и т.д.

Свойства Ж.К. зависят от направления! То же самое с электропроводностью: максимальна вдоль осей. Молекулы Ж.К. ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля. Ориентация молекул Ж.К. и их оптические свойства могут управляться и электрическими потенциалами: например часы с Ж.К. индикатором, Ж.К. мониторы, и т.д.

Дата добавления: 2015-10-23