Диссертация (1149385), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1.1. Буквами А и В обозначеныатомы металла и металлоида соответственно. Каждый атом одного типа находится точно в центресовершенного тетраэдра из атомов другого типа[15].Важной особенностью структуры сфалерита(цинковой обманки) является то, что она не имеетцентра инверсии симметрии. Слои А-В (или тетра-Рис. 1.1 Пространственное расположение атомов в структуре сфалерит. а –параметр решётки11эдр АВ4) располагаются вдоль направления <111>. Следовательно, кристаллы со структуройцинковой обманки имеют полярные особенности, такие что различные плоскости в противоположных направлениях (hkl) – (-h-k-l) ограничиваются атомами А или В.
Антипараллельныенаправления [hkl] – [-h-k-l] не эквивалентны. Полярность кристаллической структуры приводитк выраженной анизотропии физико-химических свойств подобных материалов.1.1.2. Структура вюрцитаСтруктуру вюрцита можно рассматривать как гексагональную плотную упаковку атомовэлементов II/III групп с атомами элемента VI/V групп в тетраэдрических междоузельных положениях атомов одного типа. Эта структура принадлежит к пространственной группе F63mс [15].Каждый атом одного типа также находится в центре тетраэдра из атомов другого типа, однакотетраэдр может быть неправильным в отличии от структуры сфалерита.
На рис. 1.2 представлено пространственное распределение атомов элементарной ячейке вюрцита, где а и с – постоянные кристаллической решётки. Одна элементарная ячейка содержит 2 молекулы АВ. Наиболееплотно упакованными плоскостями в структуре вюрцита являются плоскости {0001} – базисные, {10-10} – призматическая первого рода и {11-20} – призматическая второго рода. Этиплоскости являются возможными плоскостями скольжения в рассматриваемой структуре [15].В кристаллах со структурой вюрцита, так же, как и в случае структуры сфалерита, можно представить себе полярность разноимённо заряженных ионов А и В как сеть дипольных моментов, которые компенсируются в совершенном кристалле, характеризуемом параметром u =1/3(a/c)2+1/4 = 0.375. Однако, при наличии механических напряжений, приводящих к отклонению от идеального тетраэдра, эти диполи образуют потенциалы, что приводит к появлениюпьезоэлектрической поляризации Ppz.
Более тоговюрцит не имеет центра симметрии и, как следствие, дипольные моменты не компенсируются ввюрцитной решётки, образуя единую полярнуюось с[0001]. В таком случае в равновесии отклонение от параметров идеального тетраэдра приводит к образованию спонтанной поляризацииPsp. Для кристаллов типа вюрцит поляризационное поле состоит из двух компонент P = Ppz + Psp,в то время как для кристаллов типа сфалеритприсуще только поляризационное поле Ppz.Рис.
1.2 Пространственное расположениеатомов в структуре вюрцит. а, c – параметры решётки121.1.3. Плотнейшая упаковка. Дефекты упаковкиОсобенности строения большинства кристаллов можно условно рассматривать как пространственную упаковку твёрдых сфер. Сферы укладываются так, чтобы упаковка обладаланаибольшей симметрией и компактностью, т.е. если каждая сфера соприкасается с шестью сферами. Представим, что в первой плоскости плотноупакованных сфер положение, совпадающее сих центром, обозначено как A.
При этом каждая сфера в плоскости окружена 6-тью пустотами.Следующий слой сфер может быть уложен как в положения пустот B, так и в – С. Допустимсферы уложены в положения пустот В. Тогда следующий слой может быть уложен в положенияA или С. В зависимости от последовательности укладки сфер 3-го и последующих слоёв можнополучить кубическую плотнейшую упаковку, соответствующую гранецентрированной кубической структуре (ГЦК) с последовательностью слоёв ABCABCABC, или гексагональную плотнейшую упаковку (ГПУ) – АВАВАВ.Отклонение одного или более слоёв от основной последовательности плотнейшей упаковки кристалла приводит к образованию так называемых дефектов упаковки (ДУ). На рис.
1.3Представлены последовательности упаковки для структуры ГЦК, в случае бинарных кристаллов – это структура сфалерита, и ГПУ – вюрцит. Для вюрцита имеются 3 основных типа ДУ:1. Вычитания тип 1 (Intrinsic 1, I1) – АВАВАВСВСВСВС2. Вычитания тип 2 (Intrinsic 2, I2) – ABABABCACACAC3.Внедрения (Extrinsic, E) – АВАВАВСАВАВАВНа рис. 1.3 схематично представлены упаковки слоёв в случае сфалерита, вюрцита и 3 типовДУ.
В случае ГПУ дефект упаковки можно представить, как включение кубической фазы различной толщины, в зависимости от количества нарушенных слоёв. I1 –изменение чередованиеслоёв порядка AB на BC, содержит 1 нарушенный слой. I2 – изменение чередование слоёв порядка AB на CA, содержит 2 нарушенных слоя. E – внедрение слоя в позицию С между слоямиРис.
1.3 Схематическое изображение последовательности упаковки структур сфалерита,вюрцита и основных типов дефектов упаковки в вюрците.13с порядком AB и AB, содержит 3 нарушенных слоя ГЦК.Образование дефектов упаковки часто связано с условиями роста кристаллов такими, какстабильность температуры, рельеф положки и т.д. ДУ можно разделить на два типа: 1) образованные агломерации вакансий (I1) или междоузельных атомов (E) в кластеры, в таком случаеДУ являются неподвижными. 2) ДУ, образованные расщеплением скользящих дислокаций (I2),такие ДУ являются подвижными, перемещаясь вслед за частичными дислокациями.
Во второмслучае ДУ является частью других дефектов, таких как расщеплённые дислокации. Подробноерассмотрение последнего варианта образования ДУ будет более подробно рассмотрено вп.1.2.2.1.2. Дислокации в кристаллах с тетраэдрической координациейРеальные кристаллы всегда содержат различного рода несовершенства или дефекты, которые нарушают регулярный порядок атомов. Дефекты кристаллической решётки значительным образом влияют на свойства кристаллического твёрдого тела, а именно на его механические и электронные свойства. Дефекты кристаллической решётки принято разделять на следующие 4 типа:1. Дефекты нулевой размерности, или точечные дефекты, – вакансии, междоузельные атомы, примесные атомы.2. Одномерные, или линейные, дефекты – дислокации.3.
Двумерные дефекты – границы зёрен, двойниковые границы, дефекты упаковки, поверхность кристалла.4. Трёхмерные дефекты – поры, примесные скопления, преципитаты и т.д.Дислокации являются важнейшими объектами в теории пластической деформации. Развитие теории дислокаций позволило объяснить свойства металлов и сплавов с точки зрения механического упрочнения, температурных изменений, деформации и пластического течения [16].С другой стороны, дислокации в полупроводниках проявляют свою активность в рекомбинациинеравновесных электронов и дырок, обладают проводимостью отличной от проводимости объёмного кристалла и способны собирать на себя примесные атомы и другие точечные дефекты.По определению, дислокация – линейное несовершенство, являющееся границей областинеполного сдвига.
В зависимости от угла между линией дислокации и направлением сдвигакристаллической решётки выделяют краевые, винтовые и смешанные дислокации. Краевая дислокация представляет собой линию, вдоль которой внутри кристалла обрывается экстраплоскость ABCD (рис. 1.4 (А)). Винтовая дислокация представляет линию, относительно которойпроизведён частичный сдвиг атомных плоскостей, нарушающий параллельность слоёв вокруглинии CD (рис. 1.4 (Б)). Линии дислокаций не могут обрываться внутри кристалла, они выходят14на поверхность кристалла, замыкаются сами на себя, образуя петлю, либо разветвляются на несколько дислокаций.
Важнейшей количественной характеристикой дислокации является векторБюргерса (̅), определяющий вектор сдвига и направление скольжения дислокации. В случаекраевой дислокации вектор Бюргерса всегда перпендикулярен линии дислокации, в случае винтовой дислокации – параллелен. Для смешанной дислокации вектор Бюргерса имеет некоторыйугол с линией дислокации отличный от 0 и 90 градусов, определяемый кристаллической структурой. В кристаллах вектор Бюргерса имеет фиксированные кристаллографические направления и значения. Значения вектора Бюргерса могут быть равны векторам трансляции кристаллической решётки, в этом случае дислокация называется полной. В некоторых кристаллографических плоскостях энергетически выгоднее полной дислокации расщепиться на две частичныедислокации, тогда в таком случае значения вектора Бюргерса могут принимать дробные значения вектора трансляции.(А)(Б)Рис.
1.4 (А) модель краевой дислокации, (Б) модель винтовой дислокации [17]Рассмотрим некоторые особенности для дислокаций в кристаллах с тетраэдрической координацией. Вследствие двухслойного атомного строения элементарной ячейки, показанногона рис. 1.5, в структуре сфалерит/вюрцит имеется два внутренне различных набора дислокаций,таких, что вектор Бюргерса одной дислокации какого-либо набора идентичен вектору Бюргерсаодной дислокации другого набора. При разрыве связей между слоями Аа образуется дислокацияперетасованного набора, при разрыве связей аВ – дислокация скользящего набора (рис. 1.5).В ранних работах преимущественно рассматривались дислокации перетасованногонабора [18,19], число оборванных связей меньше для дислокаций в перетасованном наборе всравнении с дислокациями скользящего набора. Оборванные связи в перетасованном набореперпендикулярны плоскости скольжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
