Эффективный заряд нормальных составляющих стехиометрического кристалла независимо от характера химической связи принимают равным нулю.

Чтобы подчеркнуть рассмотрение именно эффективного, а не абсолютного электрического заряда компонентов кристаллической решетки, в квазихимических уравнениях нулевой эффективный заряд обозначают индексом х, положительный индексом ·, а отрицательный – штрихом.

Например, можно утверждать, что стехиометрический кристалл NaCl состоит из следующих составляющих: Na^x_Na, Cl^x_Cl, V^x_i.

В разупорядоченном кристалле – как стехиометрическом, так и нестехиометрическом – дефекты чаще всего имеют эффективный заряд, отличный от нуля.

Например, известно, что кристалл оксида цинка содержит избыток цинка в форме внедренных атомов. Можно ожидать, что избыточные атомы цинка, встраиваясь в решетку, стремятся приобрести ту же электронную конфигурацию, что и нормальные составляющие решетки. Так как такими составляющими являются ионы Zn²⁺, то внедренные атомы цинка служат донорами свободных электронов, а образование дефектов нестехиометрии в оксиде цинка можно выразить уравнением:

где е^’ – электрон проводимости.

При составлении квазихимических уравнений нужно соблюдать закон сохранения массы и заряда (в том числе и эффективного) и не нарушать фиксированного соотношения между числом различных узлов решетки, свойственного данной кристаллической структуре.

Если в результате разупорядочения в решетке бинарного кристалла образуются два типа атомных дефектов, то один из них обычно является донором, а другой - акцептором электронов.

Например, при нагревании кристалла AgCl часть ионов серебра покидает регулярные узлы, переходя в междоузлия:

Разупорядочение по Шоттки типично для плотноупакованных решеток (многие металлы, оксиды металлов и др.). Дефекты по Френкелю по стерическим соображениям характерны для неплотноупакованных решеток с большими по размеру междоузлиями (вольфраматы, силикаты, кремний, германий).

В технологии полупроводников и электронных материалов, а также в технологии силикатов (в производстве вяжущих) для изменения свойств кристаллов широко используют прием легирования, т.е. введения примесных атомов. Достигаемый при этом эффект определяется свойствами как основного кристалла, так и примеси.

Таким образом, в любом твердофазном материале одновременно присутствуют разные виды электронных, атомных или ориентационных дефектов, причем концентрация каждого из них является однозначной функцией температуры, давления и состава системы, если последняя находится в равновесии.

Дата добавления: 2015-11-30