Основы физики твердого тела. - Зиненко В.И.
Скачать (прямая ссылка):
применяемых в электронике. Одним из методов улучшения таких материалов
является электроочистка: приложенным при повышенных температурах сильным
постоянным электрическим полем удается удалить из кристалла SiC^
примесные щелочные ионы К+ Na+. Это возможно благодаря относительно
неплотной структуре кварца, в которой существуют своеобразные каналы
вдоль оси третьего порядка с диаметрами, превышающими размеры указанных
ионов.
14.2. Линейные дефекты кристаллической структуры
В эту группу дефектов в качестве предельных случаев входят краевые и
винтовые дислокации.
14.2.1. Краевые и винтовые дислокации. Вектор Бюргерса.
Дислокация - это линия, которая отделяет область кристалла, претерпевшую
сдвиг, от недеформированной области (рис. 14.5). В отличие от точечных
дефектов, нарушающих ближний порядок,
Рис. 14.5. Расположение атомных плоскостей: а - в совершенном кристалле;
б - в кристалле с краевой дислокацией; в - в кристалле с винтовой
дислокацией
дислокации искажают кристаллическую структуру, нарушая дальний порядок.
Как видно из рис. 14.55, оборванный внутри кристалла край атомной
плоскости образует линейный дефект, называемый краевой дислокацией. В
случае винтовой дислока-
14.2. Линейные дефекты кристаллической структуры 323
ции разрыва атомных плоскостей нет, однако атомные плоскости лишь
приблизительно параллельны. Фактически кристалл состоит из одной
винтообразно изогнутой атомной плоскости. Осью дислокации нвлнетсн линии,
вокруг которой, подобно винтовой лестнице, "поднимаетсн" атомнан
плоскость.
В качестве геометрической характеристики дислокации приме-ннют вектор
Бюргерса Ь. Проведем вокруг данной дислокации замкнутый контур - контур
Бюргерса. Этот контур составлнетсн из последовательных транслнций,
проведенных от одного узла решетки к ближайшему соседнему узлу вплоть до
возвращении с другой стороны к начальному положению (рис. 14.6). Сначала
контур Бюргерса следует провести в идеально совершенном кристалле. Если
затем контур, состонщий из того же числа звеньев, провести вокруг линии
дислокации, он окажетсн разомкнутым. Вектор
Рис. 14.6. К определению вектора Бюргерса на примере краевой дислокации.
Сплошная линия - контур Бюргерса
транслнции, который необходимо провести дли замыкании контура, и будет
называтьсн вектором Бюргерса. В случае краевой дислокации (рис. 14.6)
вектор Бюргерса перпендикулярен линии дислокации, его длина равна
"лишнему" межплоскостному рас-стоннию, образовавшемусн благодари
оборванной плоскости. Дли винтовой дислокации вектор Бюргерса параллелен
линии дислокации и по величине равен шагу винта. Возможны и более сложные
случаи - образование дислокаций при углах между линией дислокации и
вектором Бюргерса, лежащих в пределах от 0 до 90°.
Краевые дислокации возникают, например, при сдвиговом механическом
напрнженин кристалла. Под его действием дислокации перемещаетсн через
кристалл и, в конце концов, выходит на его поверхность с образованием
элементарной ступеньки, высота которой соответствует вектору Бюргерса
(рис. 14.7). На атомарном уровне это означает, что происходит эстафета
разрыва химических свя-зей, и этот процесс будет идти наиболее успешно в
определенных кристаллографических плоскостнх и, конечно, облегчаетсн
наличием уже существующих в кристалле дислокаций.
Дислокации не может начинатьсн или оканчиватьсн внутри кристалла и должна
либо замыкатьсн сама на себн, образуй дисло-
324 Гл. 14. Твердые тела с неидеальной структурой
кационную петлю, либо выходить на свободную поверхность, либо встречаться
с другими дислокациями. Действительно, если перемещать контур Бюргерса
вдоль линии данной дислокации, скачок
Рис. 14.7. Возникновение и перемещение краевой дислокации при действии
сдвигового напряжения
смещений, измеряемый длиной вектора Бюргерса, должен оставаться
неизменным на всем протяжении линии дислокации. Это следует из того, что
контур Бюргерса, окружая дислокацию, располагается вдоль траектории,
свободной от дефектов. Если предположить, что линия дислокации все-таки
оканчивается в кристалле, то контур Бюргерса, перемещенный вдоль
продолжения дислокации в бездефектную часть кристалла, должен
соответствовать совершенному кристаллу, где по определению вектор
Бюргерса равен нулю. Такое "уничтожение" линии дислокации может
возникнуть только благодаря добавлению недостающей части атомной
плоскости, что, очевидно, невозможно.
14.2. Линейные дефекты кристаллической структуры 325
Линейные и точечные дефекты не независимы друг от друга. В частности,
дислокации могут возникать вследствие скопления
Рис. 14.8. Образование дислокационного кольца при объединении вакансий: a
- изолированные вакансии; б- конденсация вакансий; в - образование
дислокационного кольца
вакансий. На рис. 14.8 показано образование дислокационного кольца
благодаря конденсации вакансий.
14.2.2. Дислокации и механические свойства кристаллов. Пластическая
деформация твердого тела при наименьших затратах энергии может
