Мазмұны Кіріспе І – Тарау; Әдебиеттерге шолу
Түйін аралық атомдар және вакансия (Френкель және Шотки ақаулары)
жүктеу/скачать 5.67 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.13. - сурет
| Түйін аралық атомдар және вакансия (Френкель және Шотки ақаулары). Қатты денедегі атомдар арасында, газдардағы және сұйықтағы молекулалар арасындағы секілді энергияның таралуы бірдей мөлшерде болмайды. Кез-келген температурада кристалда атомның еркін дәрежесі бойынша энергияның тең таралуы заңына сәйкес атомның орташа энергия шамасынан энергиясы көптеген есе көп немесе көптеген есе кіші болуы мүмкін. Әрбір уақыт мерзімінде энергиясы үлкен атомдар өзінің тепе-теңдік орнынан (тор түйінінен) тек елеулі ауытқумен шектелмей, қасындағы атомдар тудыратын потенциалдық тосқауылдан өтіп, жаңа ұяшықа орналасуы мүмкін. Мұндай атомдар өзінің тор түйінінен кетіп, кристалдың ішкі қуысына (атомдар аралығына) конденсациялану мүмкіндігіне ие болады (1.12.-сурет).
1.12.-сурет Бұл процестің арқасында вакантты түйіннің (вакансияның, тесіктің) және түйінаралық атомның (дислокацияланған атомның) пайда болуына алып келеді. Тордағы мұндай ақау түрін Френкель бойынша пайда болу ақауы деп атайды (1.12.-сурет). Тор аралығындағы атом және пайда болған вакансия бір орында локализацияланбайды, олар кристалл торларында диффузияланады. Дислокацияланған атомның диффузиясы бір атом аралықтан екінші атом аралыққа өту арқылы болады, ал вакансияның диффузиясы бос тор түйіні қасындағы түйіндегі атомның өтуі арқылы болады (1.12.-сурет); бірінші вакантты орынға екінші атом өтіп, оның орнына үшінші атом өтеді. Сонымен бос орын, яғни вакансия үшінші орында болады, тағы сол сияқты вакансияның диффузиясы жалғаса береді. Ішкі буланудан басқа толық немесе жартылай атом кристалл бетінен буланады. Толық булану болғанда атом кристалл бетін тастап буға айналады (1.13. а-сурет). 1.13. - сурет Ал жартылай булануда атом кристалл бетінен бір қабат жоғары бетке өтеді, бұл (1.13. б-сурет) жерде атом жаңа орында бұрынғы бес жақын орналасқан атомдардың орнына (сол жақтағы, оң жақтағы, алдындағы, артындағы және астындағы) тек бір астындағы жақын орналасқан атом оны ұстап тұрады. Егер Е мен жақын орналасқан бір атоммен байланысқан энергияны белгілесек, онда толық булану болу үшін 5Е энергия керек екен, ал жартылай булануға 4Е қажет екен. Осыған байланысты жартылай буланудың ықтималдылығы толық булану ықтималдығынан жоғары. Ішкі булануға одан да көп (5Е-ден) энергия қажет, себебі жақын орналасқан 6 атоммен байланысты үзу керек болады. Сондықтан ішкі буланудың ықтималдылығы толық буланудың ықтималдылығынан да төмен болады. Кристалл бетінде толық және жартылай атом буланса, кристалл бетінде вакансия пайда болады. Бос орынға кристалл ішіндегі атом орналасса, вакансия кристалл ішіне енеді және вакансия кристалл көлеміне диффузияланады. Бұл вакансияға дислокацияланған атомды (түйін арасына енген) салыстыруға болмайды, себебі вакансияның пайда болуы сол мезгілде түйін аралығына атомның енуімен байланысты емес. Вакансияның мұндай түрде пайда болуын (вакансияның кристалл бетінен көлем ішіне тартылуы) Шотки ақауы деп атайды. Осы сияқты бос вакансияның пайда болуы секілді «ішкі буланудың» арқасында дислоцирленген атомның кристалл бетінде пайда болуы мүмкін, яғни кристалл бетінен атомның түйін аралығына өтіп, ары қарай кристалл көлеміне енуі мүмкін. Кристалдағы ақаулардың тепе-теңдіктегі концентрациясы температураға тәуелді, себебі температура өскен сайын атомдардың қасындағы жақын орналасқан атомдармен байланысын үзу мүмкіндігіне ие атомдардың саны -ға пропорционал, мұндағы ЕД - ақаулардың пайда болу энергиясы. Олай болса, ақаулардың концентрациясы да -ға пропорционал. Дәлірек, статистикалық есептерге қарағанда, Шотки ақаулары басқа ақаулар түрінен артық болғанда, Шотки ақауларының санын мына қатынаспен анықтауға болатынын көрсетеді: (1.7) мұндағы N-кристалдағы жалпы атомдардың саны, Ғ-шамамен 103-104 тең және температураға байланысты баяу өзгеретін фактор. ЕД – вакансияның пайда болу энергиясы, шамамен ЕД1-22В; Т=300К болғанда, кТ=12В деп есептегенде вакансияның салыстырмалы концентрациясы: NД/N10-12. Т=600К болғанда 10-3 дейін өседі, ал Т=900К болғанда 1 дейін болады. Кристалдың балқу температурасына жақындағанда вакансия концентрациясы осы 1 шамада болады. Френкель және Шотки ақаулары кристалдардағы көптеген өтетін процестерге үлкен әсерін тигізеді. Вакансиялар электр тогын тасымалдайтын бөлшектерді шашырататын орталығы болып есептеледі, олар (вакансиялар) ток тасымалдайтын бөлшектердің қозғалу мүмкіндігін төмендетеді. Сонымен қатар олар ток тасымалдаудың көзі де болуы мүмкін, яғни донор және акцептор рольдерін атқаруы мүмкін (негізінде ақаулар акцептордың ролін атқарады). Ақаулар кристалдың оптикалық, магниттік, механикалық және термодинамикалық қасиеттерін қатты өзгертеді, әсіресе жұқа жартылай өткізгіш пленкалардың және ұсақ кристалды үлгілердің қасиеттерін қатты өзгертеді. жүктеу/скачать 5.67 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|