лекции кристаллография. Кристаллография наука, изучающая процессы образования, формы, структуру и физикохимические свойства кристаллов

• Название: Кристаллография наука, изучающая процессы образования, формы, структуру и физикохимические свойства кристаллов
• Анкор: лекции кристаллография.doc
• Дата: 06.03.2017
• Размер: 0.89 Mb.
• Имя файла: лекции кристаллография.doc
• Тип: Лекция; #3456
• Категория: Промышленность. Энергетика
• страница: 9 из 9

Методика прогнозирования формы ямки травления.

5. 
   определяют совокупность наиболее плотноупакованных плоскостей в кристалле;
   
6. 
   строят из них многогранник; Если плоскость шлифа уже наиболее плотноупакованная плоскость, то ямки травления будут ограняться следующими по упаковке плоскостями. Поэтому многогранник строят из следующих по упаковке плоскостей. Если плоскость не наиболее плотноупакованная, то ямка строится из наиболее плотноупакованных плоскостей.
   
7. 
   oтсекаем от многогранника, из наиболее плотноупакованных плоскостей, плоскостью шлифа часть кристалла. Этот “отрицательный” кристалл и будет являться ямкой травления.
   

Si – алмаз  {111}

Z

(001)





_ _

(111)

_

(111)




Y







(111)


X

_

(111)


_

(111)

1. 
   п
   _ _
   
   (111)
   лоскостью параллельной (001); в сечении получим:
   

_

(111)


_

(111)




(111)

2. 
   плоскостью параллельной (110). Получим:
   

Плоскостью (111) сечь не будем, т. к. она наиболее плотноупакованная.

3. 
   Плоскостью параллельной (112). Получим:
   

Задача: Монокристалл кремния разрезан по плоскости (111). Необходимо спрогнозировать форму ямки травления и указать какими плоскостями она ограняется.

Для кремния наиболее плотноупакованные плоскости:

Si {111}, {110}…

Берем вторую по плотности упаковки плоскость {110} и строим из них многогранник. 12 плоскостей, значит, получим ромбододекаэдр.
(111) Ямка травления:


{110}









Т. к. следующая по упаковке плоскость (110) и, если рассечь плоскостью (111), получим правильный треугольник.

Средняя плотность дислокаций:

N_д [1/см²] (через усреднение)

Для кремния: N_д<10³ 1/cм² (предельная величина).

Плотность дислокаций в поликристаллах намного больше (до 10⁸).

Для AsGa (A^IIIB^V): N_д<10⁴ – 10⁵ 1/cм²

Т. к. арсенид галия состоит из As и Ga, а мышьяк – легколетучий компонент и все поле усыпано ямками, число структурных дефектов больше и большое число дислокаций => дефективный материал.

Двумерные дефекты (поверхностные).

Двумерные дефекты – дефекты, имеющие в двух измерениях с размерами кристалла и в одном с параметром решетки. К ним относятся границы раздела двух групп: межфазные и внутрифазные и дефекты упаковки.

1. 
   Межфазные границы разделяют области, находящиеся в двух разных поверхностях: гетероэпитаксиальных композициях.
   
2. 
   К внутрифазным относятся границы между зернами в кристалле, границы двойников и субграницы. Они всегда термодинамически нейтральны, поэтому при благоприятных условиях система будет стремится к тому, чтобы удалить эти границы.
   

Границы в поликристалле:

1. 
   границы наклона;
   
2. 
   границы кручения;
   

Граница наклона – ось вращения лежит в плоскости границы зерен.

Ось вращения в границы этих двух зерен





Граница кручения – ось вращения перпендикулярная плоскости границы.





В общем случае граница зерен имеет 5 степеней свободы, т. е. имеется 5 независимых параметров. Три параметра характеризуют взаимную ориентацию соседних зерен, а два параметра характеризуют ориентацию плоскости границы по отношению к решетке одного из зерен.

Часто границу зерен характеризуют, указывая общее кристаллографическое направление и угол поворота вокруг него:



Угол поворота может быть разным по величине. Границы разделяют на высокоугловые (>10⁰) и малоугловые (<10⁰).

Малоугловые границы образованы системами дислокаций и, если Д – расстояние между дислокациями в стенки дислокаций, то:
_{_}

Д = b/, при малых углах: sin;

Чем больше угол разориентации, тем ближе будут ямки травления друг к другу.

В монокристалле: (чем больше , тем ближе)


Субграница, определяет разную ориентацию.














Может быть и так:





















Высокоугловые границы – границы зерен, которые выросли из разных центров (старейший вид дефектов).

Модели, объясняющие высокоугловые границы.

1. 
   Модель аморфной прослойки на границе между зернами (неверна).
   
2. 
   Модель переходной решетки. Согласно этой модели существует граница, являющаяся слоем толщиной в 1-2 атомных диаметра, в котором атомы занимают компромисное положение между положениями узлов соседних зерен (чтобы энергия слоя была минимальна).
   

Строение зависит от разорентации соседних зерен. Считают, что существуют углы совпадения, общие для двух решеток. Эти узлы могут образовывать свои сверхрешетки. При этом характерным дискретным углам поворота соответствует определенная плотность узлов совпадения.

Пример (для ПК). Если =36,9⁰, то вокруг оси с индексами <001>, плотность углов совпадения равна 1/5 (каждый пятый атом из двух решеток – совпадает).

Величина, обратная плотности углов совпадения, обозначается: :=5.

Если  =1, то =0. Обычно  = 3 –19.

Если граница из узлов совпадения проходит в плоскости максима узлов совпадения, это граница Кронберга-Вильсона. И она является совершенной.

3. 
   Модель зернограничных дислокаций (ЗГД).
   

На границе между двумя зернами образуется дислокации, которые отличаются от дислокаций в кристалле. ЗГД отделяет ту часть межузельной границы, где сдвиг уже произошел, и установилось исходное периодическое строение границы, от той части, где он еще не начинался.





экстраплоскость (оборвалась)







область несовершенства










граница











Дефекты упаковки (ДУ).

Дефектом упаковки называют прослойку с нарушенным чередованием плотноупакованных слоев.

Существует два типа ПУ:

ГЦК АВС-АВС-…

ГПУ АВ-АВ-…

Часто встречается: А^IIIB^V.

Дефекты упаковки получают разными способами:

• 
  сдвиг плоскости плотнейшей упаковки;
  
• 
  удалением или внедрением одной плотноупакованной плоскости.