Примесный атом - замещение
Cтраница 2
Аналогичные выражения могут быть получены для энергии образования таких дефектов, как внедренный в междоузлие атом или примесный атом замещения. В первом из этих случаев нужно учесть, что начало координат лежит не в узле, а в междоузлии, и ввести другую систему векторов для положений атомов решетки. [16]
Изменение амплитудных характеристик внутреннего трения при старении мартенситостареющих сталей ( хромоникелевых), легированных добавками алюминия, молибдена, титана, обусловлено взаимодействием примесных атомов замещения с дислокациями, так как атомы внедрения заметной роли не играют вследствие того, что часть их связана в карбиды и нитриды, а часть сегрегирует на дислокациях. Циклическая деформация резко увеличивает внутреннее трение. [17]
Технически чистые металлы, к которым относятся конструкционные материалы, всегда содержат в структуре примесные атомы внедрения и / или замещения ( рис. 2.1, г), являющиеся дефектами не только физической, но и химической природы. Примесные атомы замещения располагаются в узлах кристаллической решетки, замещая атомы основного металла. [18]
Локальные уровни, находящиеся в запрещенной зоне, расположены между разрешенной ( незаполненной) валентной и возбужденной зонами, поэтому для перевода электронов с локальных уровней в зону проводимости требуется меньшая затрата энергии. Например, присутствие в кристалле кремния примесных атомов замещения элементов V группы периодической системы ( Р, As, Sb), имеющих пять валентных электронов, приводит к тому, что четыре из них заполняют валентные связи, а пятый оказывается лишним. Этот электрон будет находиться на локальном энергетическом уровне. Энергия, необходимая для перехода электрона с локального уровня в зону проводимости, меньше, чем энергия перехода электрона из валентной зоны. Локальные уровни, с которых совершается переход электронов в зону проводимости, называются донорнылш, а дефекты, вызывающие появление таких уровней, - донорами. При наличии в кристалле доноров электронов кристалл имеет электронную проводимость и является полупроводником п-типа. Некоторые окислы металлов, в решетке которых существуют вакансии катионов ( нестехиометрические соединения), тоже ведут себя как полупроводники п-типа. [19]
Локальные уровни, находящиеся в запрещенной зоне, расположены между разрешенной ( незаполненной) валентной и возбужденной зонами, поэтому для перевода электронов с локальных уровней в зону проводимости требуется меньшая затрата энергии. Например, присутствие в кристалле кремния примесных атомов замещения элементов V группы периодической системы ( Р, As, Pb), имеющих пять валентных электронов, приводит к тому, что четыре из них заполняют валентные связи, а пятый оказывается липшим. Этот электрон будет находиться на локальном энергетическом уровне. Энергия, необходимая для перехода электрона с локального уровня в зону проводимости, меньше, чем энергия перехода электрона из валентной зоны. Локальные уровни, с которых совершается переход электронов в зону проводимости, называются донор-ными, а дефекты, вызывающие появление таких уровней, - донорами. При наличии в кристалле доноров электронов кристалл имеет электронную проводимость и является полупроводником п-типа. [20]
Локальные уровни, находящиеся в запрещенной зоне, расположены между разрешенной ( незаполненной) валентной и возбужденной зонами, поэтому для перевода электронов с локальных уровней в зону проводимости требуется меньшая затрата энергии. Например, присутствие в кристалле кремния примесных атомов замещения элементов V группы периодической системы ( Р, As, Pb), имеющих пять валентных электронов, приводит к тому, что четыре из них заполняют валентные связи, а пятый оказывается лишним. Этот электрон будет находиться на локальном энергетическом уровне. Энергия, необходимая для перехода электрона с локального уровня в зону проводимости, меньше, чем энергия перехода электрона из валентной зоны. Локальные уровни, с которых совершается переход электронов в зону проводимости, называются донор-ными, а дефекты, вызывающие появление таких уровней, - донорами. При наличии в кристалле доноров электронов кристалл имеет электронную проводимость и является полупроводником п-типа. Некоторые оксиды металлов, в решетке которых существуют вакансии катионов ( неетехиометрические соединения), тоже ведут себя как полупроводники гс-тапа. [21]
Более строгий анализ ( Томсон) - показывает, что условия насыщения зависят от природы точечных дефектов ( вакансии, примесные атомы замещения или внедрения), от упругих свойств среды и что приведенная величина Ю20 занижена. Таким образом границы зерен во многих случаях могут оказаться ненасыщенными. [22]
Но есть и исключения: например, легирование железа хромом в определенных пределах уменьшает прочность твердого раствора. При встрече перемещающихся дислокаций с примесными атомами поля упругих напряжений вокруг них взаимодействуют между собой, что приводит к перераспределению примесей. Примесные атомы замещения с меньшим, чем у основы, атомным радиусом замещают атомы основы в сжатой области поля дислокации; в противоположном случае - в растянутой области. Примеси внедрения заполняют растянутые участки вокруг дислокаций. Концентрируясь у ядра дислокаций, примесные атомы внедрения образуют облака Кот-трелла. [23]
Так, например, в решетке алмаза, кремния или германия каждый атом своими четырьмя валентными электронами связан с четырьмя соседними атомами. Если же четырехвалентный атом углерода, кремния или германия замещен в решетке атомом другой, большей валентности, но только четыре его валентных электрона используются для ковалеытной связи, то остальные гораздо слабее связанные с атомом, могут перейти в свободную зону за счет теплового движения. Такие примесные атомы замещения становятся донорами электронов и сообщают полупроводнику электронный механизм проводимости. [24]
Примесные уровни некоторых атомов лежат, по-видимому, в полосе разрешенных энергий, и по этой причине их трудно определить на опыте. Такая ситуация может иметь место тогда, когда энергия ионизации соответствующих примесных атомов замещения в кристалле сравнима с шириной запрещенной зоны, или даже больше ее. Поэтому такие примесные атомы не могут присоединить к себе лишнего электрона и образовать устойчивый отрицательный ион. Имеются основания считать, что именно таким образом ведет себя примесь водорода в решетке Ge и Si. [25]
Принадлежавшие указанным атомам узлы окажутся свободными, т.е. возникнут тепловые вакансии. При переходе атома из узла решетки в междоузлие образуется дефект решетки, получивший название м е ж - узельного атом а. Поэтому количество вакансий в кристалле обычно больше, чем межузельных атомов. При наличии в кристаллической решетке инородного атома других элементов они располагаются либо в узлах кристаллической решетки, либо в междоузлиях. В первом случае образующийся точечный дефект решетки называется примесным атомом замещения, во втором - примесным атомом внедрения. [27]
В решетке в этом случае появляется электронная дырка, которая не локализуется на каком-либо узле, а блуждает хаотически по кристаллу. Если на такой кристалл наложить электрическое поле, то движение этой дырки приобретает направленность и проявляется на опыте в виде дырочной, положительной проводимости. На самом деле в этом случае движутся только электроны, но их последовательное перескакивание с атома па атом можно формально описать как движение одной дырки, движущейся в направлении, обратном направлению электронов. Можно сказать, что эстафетное перемещение многих электронов в этом случае заменяется эквивалентным движением одной дырки. Вопрос, почему движение этой дырки эквивалентно движению одного положительного наряда, не может быть полностью разъяснен путем наглядных рассуждений, так как этот вывод теории является следствием не наглядных свойсти электронов ( см. стр. Таким образом, действие примесных атомов замещения в атомной решетке типа алмаза определяется их валентностью, и мы можем почти всегда наравне предсказать тот знак проводимости, который создадут те или иные примеси замещения в такой решетке. [28]
Страницы: 1 2