переміщення сходинки.
3.3 Електричний заряд дислокацій. Дислокаційні струми. Заряд дислокацій в іонних кристалах, напівпровідниках і металах
Дислокація є лінія в атомній решітці, уздовж якої у кожного атома є одна обірвана зв'язок, то на цю обірвану зв'язок дислокація повинна захоплювати електрони з простору кристала і сама набувати заряду. Таким чином, дислокація повинна взаємодіяти з електронною підсистемою кристала. Виявилося, що при пластичної деформації, коли дислокації рухаються, кристал випромінює світло, виникає люмінесценція. Це пов'язано з тим, що дислокація, проходячи через локальний центр, забирає його електрон на себе як на лінію. Електрон по лінії переходить в якесь інше місце, де він рекомбинирует. Якщо в зовнішній ланцюг поставити вимірювальний прилад, то можна міряти струм. Виходить, що ви деформуєте кристал, а у зовнішній ланцюга тече струм. Такий струм отримав назву дислокаційний.
У іонних кристалах електричне взаємодія значно сильніше, ніж в металах. Оскільки екранування тут немає, решітка навколо дефекту поляризується (діелектрична проникність має кінцеву величину). Більше того, уздовж осі дислокації часто розташовується ланцюжок пар іонів, що призводить до великої величини енергії зв'язку і разом з тим до слабкому взаємодії на великих відстанях. Сходинки на таких дислокаціях можуть нести ефективний заряд, рівний половині заряду іона; це веде до сильного тяжінню або відштовхуванню домішкових атомів і точкових дефектів на великих відстанях.
Ще складніше умови в гомеополярной напівпровідниках; крім інших факторів, ефект залежить тут від концентрації носіїв заряду і, отже, від вмісту домішки і температури. Уздовж осі дислокації (якщо тільки вона не чисто гвинтова) є, взагалі кажучи, ланцюжок непарних валентних електронів. У кремнії або германии n-типу вони утворюють негативний заряд, нейтралізуемой позитивним просторовим зарядом в навколишньому області, де концентрація електронів провідності виявляється нижче своєї середньої величини. Заряджені дефекти, що приходять в цю область, повинні сильно притягатися (або відштовхуватися) дислокацією. Тому електричне взаємодія призводить до появи навколо кожної дислокації хмари точкових дефектів або атомів домішки, розміри якого можуть досягати 10 - 5 см. Поза цією області взаємодія близько до нуля.
. 4 Взаємодія дислокацій з атомами впровадження та заміщення. Сила стопора. Термоактивованої рух дислокацій в кристалі з домішковими атомами
У реальних кристалах присутні і дислокації, і точкові дефекти. Междоузельний атом є в решітці центром напруги стиснення, а вакансія викликає розтягування. Ці дефекти сусідять з дислокаціями, і між ними і дислокаціями виникає пружне взаємодія. В області розтягування виникає підвищена концентрація междоузельних атомів і знижена концентрація вакансій, а в області стиснення навпаки підвищена концентрація вакансій і знижена - междоузельних атомів (рис. 3.3).
Якщо в кристалі є домішкові атоми, то між ними і крайовими дислокаціями теж існує взаємодія. Атоми, впроваджені в грати, займають якого положення заміщення, замінюючи атоми вихідної речовини у вузлах решітки, або впроваджуються в міжвузля. Домішка в кожному з цих випадків є центром розширення або стиснення. Це призводить до того, що чужорідні атоми притягуються дислокацією і розташовуються навколо неї. Кажуть, що навколо дислокацій утворюється атмосфера домішкових атомів («шуба»).
У більшості реальних кристалів внаслідок їх анізотропії спотворення, що вносяться дефектами, є несиметричними. Це веде до їх взаємодії зі сколюють навколо гвинтовий дислокації.
Крайова дислокація, що переходить з однієї площини ковзання в іншу, розташовану вище на одне міжатомних відстань, називається сходинкою. Якщо відстань між площинами ковзання одно одному періоду решітки, то дислокаційну сходинку називають одиничною, у випадку більш віддалених один від одного площин ковзання її називають сверхступенькой.
Точкові дефекти можуть анігілювати на дислокації. Якщо до точки А одиничної дислокаційної сходинки (рис. 3.4) підходить вакансія, то сходинка зміщується в положення В, а сама вакансія зникає. Якщо ж до точки А підходить межузельний атом, то процес аналогічний і сходинка зміщується в С з поглинанням межузельного атома.
Крім пружної взаємодії дефектів в більшості твердих тіл здійснюється також електричне взаємодія. Найбільш яскраво воно проявляється в напівпровідниках і діелектричних іонних кристалах. Обірвані зв'язки в галузі дислокації діють як акцептори. У напівпровідниках n-типу вони можуть захоплювати електрони провідності і тим самим створюють кулонівська взаємодія дислокації і позитивного іона. Максимальна величина еле...
