ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

В решетке идеального кристалла атомы (ионы) располагаются в пространстве строго упорядоченно и закономерно, а электроны должны находиться на уровнях с минимальной энергией. В реаль­ных кристаллах существуют различные искажения или нарушения этого идеального расположения частиц, которые обычно называют дефектами кристаллической решетки.

Природа дефектов может быть различной и простирается от микроуровня (электронного, атомного) до дефектов в микрообъ­емах вещества. В зависимости от размера той области неупорядо­ченности (области искажений решетки), которую занимают те или иные дефекты, их можно классифицировать по чисто геометриче­скому признаку — «размерности» дефекта («размерность» — число измерений, по которым дефект имеет макроскопическую протяжен­ность). По этой классификации дефекты кристаллической решетки разделяют на нульмерные (точечные), одно-, двух- и трехмерные. Нульмерные дефекты в первом приближении занимают в кристалле область искажений, соизмеримую по всем направлениям с размером атома или электрона. Одномерные де­фекты имеют протяженность, значительно превосходящую размер атомов в каком-либо одном направлении (в других направлениях они нульмерны), двухмерные — в двух и трехмерные — в трех на­правлениях.

Нуль- и одномерные дефекты относятся к микродефектам или
дефектам тонкой структуры кристалла. Нульмерные дефекты мож­но разделить на электронные и атомные. К электронным дефектам
принадлежат избыточные электроны, дырки и экситоны. К атомным
нульмерным дефектам (рис.9) относятся вакансии (незанятые
узлы решетки), примесные атомы, замещающие собственные ато­мы вещества в их регулярном положении (в узлах решетки), и соб­ственные или примесные атомы, находящиеся (дислоцированные) в иррегулярном положении в междоузлиях решетки (частицы, на­ходящиеся в междоузлиях, иногда называют междоузельными или интерстициальными). К одномерным атомным дефектам относятся краевые и винтовые дислокации.

Двух- и трехмерные дефекты принадлежат к макродефектам или дефектам грубой структуры. Примерами двухмерных дефектов являются так называемая мозаичная структура кристаллов, граница зе­рен, дефекты упаковки, трехмер­ных — поры, трещины в кристалле, включения в него другой фазы и другие нарушения целостности кри­сталла.

Рис. 9. Типы атомных нуль­мерных дефектов:

1 — вакансия; 2 — примесный атом в узле решетки; 3 —примесный атом в междоузлии

Большое значение, которое при­дается изучению дефектов кристал­лической решетки в физике твердого тела, обусловлено их огромным вли­янием на свойства кристаллических веществ. Кроме того, дефекты ока­зывают часто решающее влияние на такие процессы, как рост кристал­лов, массоперенос (диффузии) в твердых телах, определяющий кине­тику таких важных в технологии си­ликатных и других тугоплавких неметаллических материалов процессов, как твердофазовые реакции, спекание, рекристаллизации и т. д.

Как уже отмечалось, к атомным нульмерным или точечным де­фектам относятся вакансии, примесные атомы в регулярных узлах
решетки и примесные атомы, дислоцированные в междоузлиях. Эти
типы дефектов в принципе могут встречаться в решетке кристал­лов в отдельности, но чаще всего они присутствуют в комбина­ции друг с другом. В зависимости от этого различают следующие
типы атомных нульмерных дефектов: твердые растворы (включая
дефекты нестехиометрии), дефекты по Шоттки и дефекты по Френ­келю.