Точечные дефекты

В реальном кристалле возникновение точечных дефектов является следствием всегда неизбежного контакта с окружающей средой и обмена с ней энергией или веществом.

В случае обмена энергией, например при нагревании кристалла в нем появляются т.н. тепловые дефекты.

В случае обмена веществом – дефекты нестехиометрии или дефекты, обусловленные посторонними примесями.

Тепловое воздействие на кристалл может, в частности, привести к тому, что вместо идеального упорядочения, при котором все узлы решетки заняты, а междоузлия пусты, часть узлов кристалла окажется пустой, а междоузлий – занятой.

Впервые гипотезу о возникновении такого рода нерегулярностей в кристаллической решетке сформулировал Я.И. Френкель. Из-за наличия флуктуаций энергии всегда существуют атомы (ионы) отклонение которых от механически равновесного положения настолько велико, что они способны покинуть регулярные позиции в узлах решетки и перейти в междоузлия. В результате этого процесса, который называется разупорядочением по Френкелю, в кристалле возникают точечные дефекты двух видов – вакансии и внедренные атомы (рисунок 4.1).

Следует иметь в виду, что название «точечные» дефекты при этом является довольно условным, т.к. вакансии и внедренные атомы могут искажать вокруг себя решетку на значительные расстояния.

Если атом, покидая регулярные узлы, переходит на поверхность кристалла, достраивая его, то образуется только один вид дефектов – вакансии (разупорядочение по В. Шоттки) (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1. Типы точечных дефектов:

1 - вакансия; 2 - межузельный атом; 3 - дефект по Френкелю;

4 - примесный атом замещения; 5 - примесный атом внедрения;

6 - атом замещения большей валентности

Равновесная концентрация точечных дефектов может быть определена методами статистической физики.

Мольная доля вакансий n_v определяется из соотношения:

(4.1)

где w - частота колебаний удаленных от вакансии атомов; w^’ – частота колебаний соседних с вакансией атомов; k_i – координационное число дефекта; e_v – энергия образования дефекта.

Аналогичным уравнением описывается определение мольной доли внедренных атомов n_i.

Дата добавления: 2015-11-30