Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
В области столь высоких концентраций заряженных дефектов становится важным их кулоновское взаимодействие [36], которое тем сильнее, чем меньше среднее расстояние между частицами, т. е. чем выше концентрация примеси. Благодаря силам кулоновского притяжения противоположно заряженные дефекты — центр замещения и вакансия — стремятся расположиться как можно ближе друг к другу. Поэтому при достаточно низких температурах наиболее устойчивы будут конфигурации, при которых примесный ион и вакансия находятся в соседних узлах, образуя своего рода квазимолекулу, которую принято называть комплексом. Для отрыва вакансии от примесного центра и удаления их на большое расстояние, другими словами, для диссоциации комплекса, необходимо затратить энергию, равную энергии их взаимного притяжения.

ПОИСК





Разупорядоченность чистых нестехиометрических ионных кристалРазупорядоченность примесных нестехиометрических кристаллов

из "Физическая химия твердого тела"

В области столь высоких концентраций заряженных дефектов становится важным их кулоновское взаимодействие [36], которое тем сильнее, чем меньше среднее расстояние между частицами, т. е. чем выше концентрация примеси. Благодаря силам кулоновского притяжения противоположно заряженные дефекты — центр замещения и вакансия — стремятся расположиться как можно ближе друг к другу. Поэтому при достаточно низких температурах наиболее устойчивы будут конфигурации, при которых примесный ион и вакансия находятся в соседних узлах, образуя своего рода квазимолекулу, которую принято называть комплексом. Для отрыва вакансии от примесного центра и удаления их на большое расстояние, другими словами, для диссоциации комплекса, необходимо затратить энергию, равную энергии их взаимного притяжения. [c.141]
При повышенных температурах процесс диссоциации комплексов может осуществляться за счет энергии тепловых флуктуаций. В этом отношении процесс диссоциации комплексов в ионных кристаллах аналогичен процессу электролитической диссоциации солей, кислот или оснований, хорошо известному из электрохимии растворов электролитов. [c.141]
Найденное решение допускает упрощения в следующих предельных случаях. [c.142]
Противоположное условие согласно принятой в предыдущем разделе нумерации нужно отнести к следующему предельному случаю. [c.143]
В соответствии с принятым неравенством, указанные концентрации свободных дефектов малы по сравнению с общей концентрацией примеси. Другими словами, примесь находится преимущественно в ассоциированном состоянии, т. е. имеется значительный резерв комплексов, аналогичный резерву нейтральных доноров в полупроводнике (предельный случай П1 в разделе 4.2). [c.143]
Характерной особенностью всех рассмотренных случаев является то, что в условие электронейтральности входили только концентрации свободных дефектов, не ассоциированных в комплексы, комплексы же являлись электрически нейтральными квазичастицами. Однако в некоторых примесных системах эффективные заряды дефектов замещения и компенсирующих их вакансий не совпадают по абсолютному значению. В этом случае простейшие парные комплексы, включающие один ион примеси и одну вакансию, обладают отличным от нуля эффективным зарядом, поэтому их концентрация входит в уравнение электронейтральности кристалла. Это приводит к решениям, отличным от рассмотренных выше. [c.144]
Полученные зависимости концентраций свободных вакансий от концентрации примесей донорного и акцепторного типа схематически изображены на рис. 5.2 для ионного кристалла, обладающего в чистом состоянии дефектами Шоттки римскими цифрами обозначены области существования соответствующих предельных решений. [c.145]
Температурная зависимость концентрации доминирующих вакансий в понном кристалле с дефектами Шоттки. [c.146]
В начале данной главы отмечалось, что в кристаллах с преобладающей ионной связью основное зарядовое состояние атомных дефектов отвечает классической ионной модели, так что абсолютные значения их эффективных зарядов совпадают со значениями валентностей соответствующих элементов. Это обстоятельство учитывалось и при дальнейшем описании как собственной, так и примесной разупорядоченности ионных кристаллов, состав которых определяется точными стехиометрическими отношениями. [c.146]
Однако, как было подробно описано в гл. 1 (см. раздел 1.7), в нестехиометрических кристаллах разупорядочение электронов приводит к существованию ионных дефектов с различными степенями ионизации, так что их эффективные заряды могут принимать любые целочисленные значения от нуля до основного, равного валентности соответствующего элемента. [c.146]
Таким образом, рассматривая в данном разделе чистое нестехиометрическое ионное соединение МХг а, будем предполагать существование в нем следующих ионных дефектов катионных вакансий ( = 0,1. гм), анионных вакансий ( = 0,1,. ..,2х), междуузельных катионов М + ( =0,1.гм) и междуузельных анионов ( = 0,1. 2х). [c.146]
Эффективный заряд возникающей при этом катионной вакансии в объеме кристалла компенсируется электронными дырками в валентной зоне, так что кристалл приобретает электронную проводимость р-типа. [c.147]
Эффективный заряд возникающей при этом анионной вакансии компенсируется соответствующим количеством электронов, появляющихся в зоне проводимости. [c.147]
Эффективный заряд междуузельного катиона компенсируется электронами проводимости. [c.147]
Компенсация заряда междуузельных анионов осуществляется электронными дырками. [c.147]
Таким образом, в дальнейшем мы будем интересоваться только концентрациями заряженных ионных дефектов, для которых степени ионизации принимают целочисленные значения от единицы до валентности соответствующего элемента. [c.149]
Для решения такой системы уравнений поступим так же, как в случае нестехиометрического полупроводника (см. раздел 4.4) разобьем весь интервал изменения парциального давления неметалла в газовой фазе рхг на области, в которых условие электронейтральности имеет настолько упрощенный вид, что в левой и правой его части остается лишь по одной неизвестной переменной — концентрации тех или иных доминирующих дефектов с противоположными эффективными зарядами, и таким образом переберем все сочетания противоположно заряженных дефектов. [c.149]
В рассматриваемом случае все приближенные решения разбиваются на три группы. [c.149]
Концентрации доминирующих дефектов (5.54) легко определить с помощью их подстановки в уравнения (5.51). В общем случае они зависят от парциального давления неметалла в газовой фазе (см. табл. 5.3). Характер этой зависимости определяется соотношением между эффективными зарядами компенсирующих друг друга дефектов. Однако, как уже указывалось в начале главы, в ионных кристаллах при небольших отклонениях от стехиометрического состава эффективные заряды дефектов практически всегда совпадают по абсолютному значению с валентностями соответствующих элементов. [c.150]


Вернуться к основной статье


© 2025 chem21.info Реклама на сайте