ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Примесная ионная разупорядоченность из "Физическая химия твердого тела" Наличие эффективных электрических зарядов у точечных дефектов в ионных кристаллах накладывает жесткое условие связи между их концентрациями, благодаря которому обеспечивается электронейтральность кристалла в целом. Поэтому наличие заряженных примесных центров в ионных кристаллах может приводить к радикальному изменению их дефектной структуры в зависимости от значений эффективных зарядов этих центров. [c.136] Характер примесной разупорядоченности ионных кристаллов, так же как и собственной, тесно связан с особенностями энергетического спектра электронов, прежде всего с большой шириной запрещенной зоны. Если в полупроводниках наиболее энергетически выгодным способом компенсации избыточного заряда примеси является образование дополнительных электронов в зоне проводимости или дырок в валентной зоне, то в ионных кристаллах разупорядочение электронов энергетически невыгодно по сравнению с образованием ионных дефектов. [c.136] Действительно, при большой ширине замещенной зоны переход электрона в зону проводимости требует его размещения на весьма высоком энергетическом уровне, а образование дырки в валентной зоне — удаления электрона с весьма низкого уровня. Оба эти процесса сопряжены, таким образом, со сравнительно большими затратами энергии. Поэтому в ионных кристаллах наиболее энергетически выгодным способом компенсации избыточного заряда примеси является увеличение концентрации одного из двух типов собственных ионных дефектов, доминирующих в чистом кристалле, а именно того, эффективный заряд которого противоположен эффективному заряду примесного центра. [c.136] При фиксированном значении концентрации примеси уравнения закона действия масс (5.5) —(5.7) совместно с условием электронейтральности (5.21) образуют полную систему уравнений относительно неизвестных концентраций дефектов [Ух +], [М1 +]и Решение этой системы может быть легко найдено для любых кристаллов с определенным типом собственной ионной разупорядоченности. [c.138] Знак перед радикалом выбирается так, чтобы [Ум ] было положительным. [c.138] Полученное решение допускает упрощения в следующих предельных случаях. [c.138] При А2=у = 0 рассмотренная система уравнений вырождается в систему, отвечающую собственной разупорядоченности и исследованную в предыдущем разделе. Поэтому случай равновалентной примеси, 2р=2м, не приводит к новым решениям влияние равновалентной примеси сводится лишь к искажению различных энергетических параметров и в рамках излагаемой здесь теории игнорируется. [c.139] ВИЯ электронейтральности (5.21). В предельном случае высоких концентраций примеси можно считать, что избыточный заряд примесных центров (эффективный заряд дефектов замещения Аг ) целиком компенсируется эффективным зарядом собственных дефектов (вакансий или междуузельных ионов соответствующего знака). Поэтому, оставляя в уравнении (5.21) по паре компенсирующих друг друга слагаемых, для кристаллов с различными типами собственной ионной разупорядоченности получаем следующие приближенные рещения. [c.140] При преобладании френкелевских или антифренкелевских дефектов эффективные заряды собственных дефектов совпадают по абсолютному значению, благодаря чему в уравнениях (5.6) и (5.7) не содержится отношения валентностей г = гм/2х- Благодаря этому решения системы уравнений оказываются совершенно аналогичными рассмотренным выше для равновалентного-кристалла с дефектами Шоттки. Они могут быть получены из решений (5.25) — (5.28) непосредственной заменой [Ум ]— -—[Ух +]—с точностью до коэффициентов. g, г и у, значения которых 1. [c.140] Изложенную теорию легко применить и к случаю, когда ионный кристалл легируется по анионной подрешетке. Для этого во всех приведенных уравнениях достаточно поменять местами катионы и анионы, сменив при этом знаки у показателей эффективных зарядов дефектов. [c.140] На основании изложенного можно сделать важный в практическом отношении вывод легирование ионных кристаллов ино-валентными примесями позволяет контролировать концентрации дефектов (вакансий или междуузельных ионов), ответственных за транспортные процессы, и таким образом регулировать в весьма широком диапазоне совокупность их физико-химических свойств. В этом отношении ситуация аналогична рассмотренной в предыдущей главе для полупроводников выводы теории указывают пути сознательного воздействия на материалы с целью придания им нужных физико-химических свойств. [c.140] Вернуться к основной статье