Топологічна оцінка ймовірності утворення власних точкових дефектів (стр. 2 из 9)
Існують різні типи статичних дефектів. Найбільш поширена класифікація дефектів по їх геометричній конфігурації і ступеню|мірі| протяжності [4]. Розрізняють:
а) нульмерні| (точкові) дефекти: вакансії, міжвузлові|
атоми, домішкові атоми, малі скупчення цих дефектів (характерний|вдача| розмір цих дефектів — декілька міжатомних відстаней по всіх напрямах|направленнях|);
б) одномірні|одномірні| (лінійні) дефекти — ланцюжки точкових дефектів, дислокації — особливий тип дефектів, що приводять|призводять,наводять| до неправильного чергування атомних площин|плоскості|, їх зсуву з|із| правильних положень|становищ|;|зміщенню|
в) двовимірні (поверхневі|поверхові,зверхні|) дефекти — дефекти упаковки (укладання) атомних площин|плоскості|, поверхні кристалів, межі|кордону| блоків, зерен, доменів;
г) тривимірні|трьохмірні| (об'ємні) дефекти — пори, включення|приєднання|, виділення, різні макроутворення.
З|із| атомними дефектами структури можуть поєднуватися|сполучатися| дефекти в розподілі заряду. Роль подібних дефектів особливо істотна|суттєва| в діелектриках і напівпровідниках, оскільки в цих матеріалах великою мірою можливо поява флуктуації електронної щільності [14].
Однією з форм дефектів ґратки є|з'являються,являються| теплові коливання атомів, які можуть взаємодіяти з|із| статичними дефектами ґратки і у ряді випадків стимулювати їх появу. У загальному|спільному| випадку під дефектом можна розуміти будь-яке елементарне збудження кристала, а стан реального кристала — збудженим станом.
РОЗДІЛ 2. АТОМНІ ДЕФЕКТИ А РЕАЛЬНИХ НАПІВПРОВІДНИКАХ
2.1. Атомні дефекти в реальних напівпровідниках
Всі реальні тверді тіла (монокристалічні і в ще більшій мірі полікристалічні) містять різні структурні дефекти, типи яких вельми багатоманітні. Вони залежать від умов отримання матеріалів, їх природи і складу, характеру зовнішніх дій. Інтерес до вивчення цих дефектів обумовлений їх істотним впливом на структурно-чутливі властивості, кінетику фазових і структурних перетворень, а також дифузійних процесів.
З'ясування природи і поведінки різних структурних дефектів є необхідною умовою науково обґрунтованого управління структурно-чутливими властивостями і процесами.
Успіхи фізики твердого тіла і фізичного матеріалознавства, досягнуті в
післявоєнні роки, у вирішальній мірі пов'язані з успіхами в наших уявленнях
про атомну структуру дефектів. Проте і в даний час багато деталей, які стосуються природи і поведінки структурних дефектів, залишаються невиясненими. Пов'язано це з різноманіттям типів дефектів і можливих варіантів їх взаємодії між собою і з домішками, а також малими розмірами багатьох дефектів, що утруднює безпосереднє їхнє спостереження.
Більшість дефектів, створених зовнішньою взаємодією, є термодимічно нестійкими, а стан системи в цьому випадку нерівноважний. Перехід рівноважний стан може проходити різними шляхами і, як правило, реалізується за допомогою ряду метастабільних станів.
Дефекти одних типів, взаємодіючи, можуть анігілювати або утворювати інші з енергією, що поступово зменшується.
Геометрична класифікація структурних дефектів базується на числі напрямів
, в яких порушення періодичного розташування атомів в ґратках,викликане даним дефектом, тягнеться на відстань L, значно переважаючуміжатомну. Виходячи з цього, розрізняють наступні типи дефектів:1) точкові (нульмірні N
, = 0);2) лінійні (одновимірні N
= 1);3) поверхневі (двовимірні N
= 2);4) об'ємні (тривимірні N
= 3).Для позначення типу точкових дефектів використовують певну систему символів. Загальноприйнятими є символи, що складаються із першої букви і двох індексів — верхнього і нижнього. Перша буква означає тип дефекту, індекс внизу — його місцеположення, індекс вгорі — його електричний стан. Важливою особливістю точкових дефектів в речовинах з ковалентним і іонним зв'язком, істотно впливаючи на їх поведінку, є те, що вони можуть знаходитися в електрично нейтральному або іонізованому стані. Електрично активні (іонізовані) дефекти можуть бути акцепторами (захоплюючи електрон) або донорами (віддаючи електрон).
В металах електрони, створюючи «електронний газ», притягуючись або відштовхуючись від електрично активних дефектів, екранують або нейтралізують їх. Тому дефекти акцепторного і донорного типів в металах практично не проявляють свого електричного стану.
Вакансією (V) називають вільний вузол ґратки, який в ідеальних ґратках зайнятий атомом.
В чистому вигляді вакансія виникає, якщо атом, розташований в шарі, прилеглому до поверхні або дислокації, переходить на поверхню. Тоді виникають вакансія і поверхневий атом. Такий дефект називають дефектом Шоттки.
Стосовно елементарної речовини А символи вакансій VА, V
, V 
-відповідно нейтральна, акцепторна, донорна вакансії, V 
— акцепторна двічі іонізована вакансія. Що стосується типу АВ символи VА, V , V 
, V + означають відповідно нейтральну і акцепторну вакансії в підґратці А, нейтральну і донорну вакансію в підґратці В.Утворення вакансій супроводжується пружною релаксацією локальних напруг навколо вакансії, що виявляється у зсуві атомів, що оточують вакансію у напрямі її центру (центру пори). При цьому виникають локальні спотворення ґратки (статичні спотворення) і зменшення ефективного радіусу пори. Тому вакансії приводять в більшості випадків до зменшення середнього періодуґратки, так само як домішки заміщення, атомний радіус яких менший, ніж у матриці.
Міжвузловим атомом називають атом (іон), розташований в міжатомній порі. Нейтральний атом А у міжвузлі позначають через А
, донорний — А +, двічі іонізований — А 
або А 2+. Якщо необхідно підкреслити, яке міжвузля зайняте, наприклад, тетра- або октаедричне, застосовують символи А 
або А 
. Символ V означає вільне міжвузля.В чистому вигляді міжвузловий атом утворюється, якщо у міжвузля переходить атом з поверхневого шару. Якщо ж у міжвузля переходить атом в об'ємі кристала, то утворюється дефект Френкеля.
Міжвузловий атом також викликає локальні пружні спотворення за рахунок симетричного зсуву навколишніх атомів в напрямі від центру міжвузлового атома, тобто ефект, протилежний по знаку, що викликається вакансією. В результаті наявність міжвузлових атомів приводить до збільшення середнього періоду ґратки. Тому утворення дефекта Френкеля супроводжується збільшенням періоду ґратки матриці. Це важливо враховувати при вивченні природи точкових дефектів в напівпровідниках.
Антиструктурним дефектом називають точковий дефект, що зустрічається у сполуках, коли атом одного з компонентів сполуки, наприклад А, займає вузол не в своїй підґратці, а в підґратці іншого компонента сполуки — В (його символ Ав).
Точкові дефекти, не пов'язані з наявністю домішок, називають власними, пов'язані з наявністю домішок — домішковими.
Атоми домішок вносять спотворення в ґратки матриці тому, що їх розміри завжди відрізняються від розміру атомів матриці (при розчиненні за принципом заміщення) або розміру міжвузля, в яке вони вкорінюються (при розчиненні за принципом вкорінення). Тому середній період ґратки матриці у випадку розчинів вкорінення завжди збільшується із збільшенням концентрації
Рис. 1.1 .Типи точкових дефектів: 1 - вакансія; 2 -міжвузловий|атом; 3-дефект| Френкеля; 4 - домішковий атом заміщення; 5 - домішковий атом впровадження; 6-
заміщення більшоївалентності
домішки. У випадку розчинів заміщення він збільшується, якщо R
>R 
і зменшується, якщо R <R (рис. 1.1).