Рост кристаллов дислокационный

Рассмотрим массообмен между частицей и сплошной средой, когда сопротивление переносу сосредоточено в самой частице. В этом случае изменением концентрации во внешнем потоке можно пренебречь. Такие задачи будем называть внутренними. Так, если к внешним задачам относили определение коэффициентов массоотдачи, то к внутренним — нахождение кинетических коэффициентов роста и зародышеобразования кристаллов. Вид кинетических коэффициентов определяется из теорий роста, экспериментальных данных. Все существующие теории роста кристаллов можно разделить на три категории [33] 1) теории, описывающие рост кристаллов с чисто термодинамической точки зрения, имеющие дело с идеальными кристаллами (без дефектов решетки) 2) дислокационные теории, учитывающие, что источником ступеней при росте плоскостей кристалла являются дислокации 3) теории, описывающие рост кристалла, как кристаллохимические реакции на поверхности. [c.262]

По дислокационной теории скорость роста кристалла из расплава при небольших переохлаждениях выражается уравнением [c.260]

Дислокации образуются в процессе роста кристаллов, при пласти-ческой деформации, при наличии больших температурных градиентов. Выявление дислокационных искажений методом травления основано на том, что растворение начинается особенно легко в местах выхода дислокаций на поверхность. Здесь значительно снижается энергия отрыва атома с поверхности твердого тела. Скорость травления в мес- [c.107]

Рассмотренная дислокационная модель качественно удовлетворительно объясняет рост пленок в тонких НК из собственного беспримесного пара при малых пересыщениях сг. Вопрос о влиянии примесей на рост кристаллов нз собственного пара исключительно сложен и пока изучен недостаточно. Обычно предполагается, что примеси отравляют изломы и что только свободные изломы могут участвовать в процессе роста. [c.482]

Рост из расплава. При росте кристалла из расплава движущей силой является относительное переохлаждение 8Т/Т = = (7 — То)/Т о на фронте кристаллизации. Поверхностная шероховатость кристалла, контактирующего с собственным расплавом, а также величина переохлаждения и определяют в основном вид зависимости скорости роста кристалла от 8Т/Т. Как показывает расчет, скорость роста кристалла может зависеть от ST/T линейно (модель нормального роста все поверхностные узлы активны), квадратично (модель дислокационного роста активными центрами являются, например, винтовые дислокации), экспоненциально (рост кристалла из расплава происходит по механизму двумерного зарождения). [c.484]

Возможность роста нитевидных кристаллов алмаза под каплями металлов по механизму VLS экспериментально доказана. В то же время нельзя отрицать возможности роста по дислокационному механизму. Так, число кристалликов, выросших на поверхности затравочного монокристалла, близко к числу дислокаций в природном алмазе [97] и составляет приблизительно 0 /см . Алмазная пленка может наследовать дислокации подложки [98]. Кроме того, даже в самых чистых условиях проведения экспериментов, выделяющийся графит будет служить своего рода примесью, блокирующей рост нитевидного кристалла алмаза. Влияние примеси на рост нитевидных кристаллов рассмотрено в работах [99]. [c.109]

Поскольку дислокации, особенно винтовые, тесным образом связаны с процессом роста кристаллов, интересно было изучить, не отражается ли дислокационное строение пирамиды <с> в морфологических особенностях рельефа поверхности роста пинакоида и, если подобное соответствие имеется, то нельзя ли использовать его в качестве критерия оценки распределения (а возможно, и плотности) дислокаций в кристалле. Оказалось, что для поверхности базиса в условиях нормального однородного роста характерно образование двух морфологически различных типов рельефа. [c.90]

ЧТО наличие дислокаций существенно для формирования ячеистой поверхности (через скопление примесей на дислокациях и торможение граничных участков). Не дислокации формируют границы между ячейками, а эти границы являются местами стока дислокаций, если они имеются в кристалле. Нетрудно понять, почему так происходит. Условие минимальности энергии заставляет дислокацию, во-первых, оставаться прямолинейной, а, во-вторых, располагаться нормально к поверхности роста. Поскольку по мере роста кристалла рельеф с-грани непрерывно трансформируется, дислокации неизбежно должны попадать на границы между ячейками. После этого дислокация может 1) сохранить прежнюю ориентацию 2) преломиться и стать нормальной к поверхности соседней ячейки 3) занять компромиссное промежуточное положение. Рентгеновские топограммы показывают, что в большинстве случаев имеет место третий вариант, хотя изредка наблюдаются и отчетливые преломления дислокаций. На границах ячеек дислокации образуют скопления — жгуты . На топограммах такие скопления представлены темными участками (рис. 52). Именно такие дислокационные жгуты формируют так называемые У-образные оптические неоднородности, выявляемые в кристаллах синтетического пьезокварца методом малой точки. [c.159]

Таким образом, при дислокационном механизме роста нет необходимости в образовании на грани кристалла зародышей новых атомных слоев — энергоемком процессе, лимитирующем скорость роста идеального кристалла. Роль зародышей играет не исчезающая в процессе роста как бы само-воспроизводящаяся атомная ступенька. Поэтому подобный дислокационный механизм роста кристаллов действует даже при весьма малых пересыщениях, обеспечивая быстрый рост кристаллов. [c.101]

Дислокационный механизм роста кристаллов приводит к образованию на растущей грани своеобразных спиралей или ступеней роста (рис. 25), которые могут быть выявлены методами электронной, фазовоконтрастной микроскопии и т. д. [c.101]

Группы дислокаций, возникших при захвате включений при регенерации, сплошь и рядом оказываются весьма активными, а потому конусы роста обычно располагаются над затравкой, в средних частях граней. Вообще, чем больше дислокаций в кристалле, тем, естественно, больше вероятность наличия среди них более мощных активных группировок. Поэтому скорость роста кристалла, как правило, тем больше, чем более дефектен кристалл. Этот давно известный факт получил объяснение лишь на основе дислокационных представлений о росте. [c.32]

Такая зависимость скорости роста от пересыщения подтверждена экспериментально на примере роста кристалла из пара. Что касается роста из раствора, то, хотя подобные зависимости и встречаются, по ним обычно нельзя однозначно сказать, что рост происходил двумерными зародышами. Дело в том, что в присутствии некоторых примесей и при дислокационном механизме роста получаются сходные зависимости ( 1.7). По наблюдению за поверхностью грани, ее морфологией также трудно установить, имеется ли рост двумерными зародышами, поскольку толщина их равна периоду повторяемости в данной решетке. В. Косселем и И. Странским было показано, что для ионных кристаллов наиболее энергетически выгодно образование двумерных зародышей у ребер гладкой грани. Атомарные слои, образовавшиеся за счет этих зародышей, могут сливаться в макроскопические слои благодаря особенностям диффузионного поля около кристалла ( 1.6). Поэтому наблюдающееся образование слоев у вершин и ребер обычно считается признаком роста по механизму двумерного зародышеобразования. Однако образование видимых слоев у ребер [c.36]

Дальнейшим развитием молекулярно-кинетической теории роста и растворения кристаллов является дислокационная теория. Теория несовершенного роста кристаллов, или теория дислокаций [363— 368], является современной теорией и претендует на наиболее полное описание роста кристаллов из газовой фазы. Она объединяет все лучшее из существовавших до нее теорий. Основная идея ее заключается в том, что плоским двумерным зародышем новых атомарных или молекулярных слоев является дислокация — чисто геометрическое нарушение в кристаллической решетке. Дислокация обеспечивает наличие готовых ступеней на поверхности грани кристалла независимо от расстояния продвижения ступеньки, благодаря чему рост кристаллической грани становится непрерывным, так как разрастание слоя происходит достаточно быстро и считается, что оно не лимитирует скорости кристаллизации. [c.96]

Так как в дислокационной теории слоисто-спирального роста скорость роста не лимитируется образованием ступеней, вся кинетика роста кристаллов определяется движением уже имеющихся ступеней — их формой, взаимным расположением, высотами, взаимодействием друг с другом, с дислокациями и примесями и т. д. [c.96]

А. А. Чернов [367], развивая дислокационную теорию роста и растворения кристаллов, дает следующее уравнение для нормальной скорости роста кристалла из раствора [c.97]

Процесс кристаллизации начинается с выделения из пересыщенного раствора мельчайших частиц кристаллизующегося вещества-зародышей кристаллов, которые способны расти. Рост кристаллов происходит наиболее легко на острых углах первоначальных зародышей. Эти зародыши и образующиеся затем кристаллы содержат определенные дислокации на поверхности роста, что приводит к наличию винтовой дислокации, в результате которой при большом увеличении наблюдается спиральная структура поверхности кристаллов. Дислокационная теория, основные положения которой изложены в работе [26], объясняет механизм роста кристаллов индивидуальных н-алканов и их смесей. [c.17]

Так как теория роста несовершенных кристаллов подразумевает дислокационный механизм, полезно кратко ознакомиться с природой дислокаций в кристаллической решетке. Дислокации относятся к линейным нарушениям в кристаллах, решетка которых имеет дефекты ориентации. Дислокации важны при росте кристаллов потому, что они возникают на растущей поверхности кристаллов. [c.196]

Дислокации могут возникать не только при деформации сдвига, но и, например, вследствие образования различных дефектов во время роста кристалла. Сгибая кристалл, в него за счет деформации сдвига можно ввести известное число краевых дислокаций. Используя известные значения постоянных решетки и радиуса кривизны сгиба, с помощью простых геометрических соотношений можно определить число таких дислокаций. Плотность краевых дислокаций обычно измеряется числом дислокационных линий, проходящих через единицу поверхности в кристалле в обычных кристаллах содержится 10 сж (и больше) дислокаций. Другой способ выра- [c.63]

Таким образом, на разных этапах роста кристаллогидратов скорость его определяется различными физическими факторами и, следовательно, выражается разными математическими формулами. При низких пересыщениях раствора (для гипса при а<1,4) скорость роста кристаллов 01 [кг/(с-м )] определяется дислокационным механизмом, т. е. формулой [c.37]

По мере уменьшения степени пересыщения раствора рост кристаллов в результате возникновения двумерных зародышей становится энергетически невыгодным и вступает в силу дислокационный механизм. В этом случае скорость роста кристаллов зависит от скорости объемной и двумерной диффузии растворенного вещества. Экспериментально установлено, что энергия активации сложной диффузии (объемной и двумерной) равна 8 = 34 440 Дж/моль, т. е. в 1,65 раза больше, чем энергия активации объемной диффузии. [c.38]

Кинетическая теория роста кристаллов, основанная на дислокационно-спиральном механизме, рассматривается детально в разделах VI.19—Л .58 в соответствии с работами Бартона, Кабреры и Франка. [c.131]

Образование дислокационных спиралей при низких пересыщениях может инициироваться микро- и макроскопическими примесями, например пылью. Джексон [23] отметил, что при обычном выращивании кристалла концентрация вакансий в нем недостаточна, чтобы инициировать зарождение дислокационных петель, петель частичных дислокаций или дискообразных скоплений вакансий. Однако при закалке кристалла от температур, близких к температурам плавления, возникает пересыщение вакансий, достаточное для зарождения дислокаций. Таким образом, если действует дислокационный механизм роста и используются незакаленные затравки, то дислокации не могут возникнуть путем агрегирования вакансий. В ряде случаев образование дислокаций инициируется растворимыми примесями. Заметим, однако, что плотность дислокаций в кристаллах, выращиваемых в тщательно контролируемых условиях, практически не зависит от концентрации в растворе растворимых примесей, в том числе при таких концентрациях последних, которые достаточны для возникновения концентрационного переохлаждения и даже ячеистой структуры (об образовании ячеистой структуры говорится в разд. 3.13). Возникновение дислокаций могут вызывать термические напряжения, но опять-таки известен рост кристаллов по дислокационному механизму даже при максимально низких температурных градиентах, так что, по-видимому, термические напряжения нельзя считать единственной причиной возникновения дислокаций. Методом исключения Джексон пришел к выводу, что в отсутствие других факторов дислокации зарождаются скорее всего на инородных частичках, например частицах пыли. Поскольку практически невозможно полностью избежать загрязнения пылью кристаллизационной среды, гомогенное зарождение при росте кристалла встречается, по-видимому, крайне редко, а в большинстве случаев преобладает гетерогенное зарождение на частицах пыли. [c.122]

Избыточные вакансии, расположенные в глубинных участках кристалла, образуют ассоциаты. Некоторые из них остаются плоскими и превращаются в краевые дислокации [58], которые, взаимодействуя с дислокациями, возникшими при росте кристалла, образуют пространственную дислокационную сетку, разделяющую почти бездислокационные блоки размером см (рис. 1.10) [59]. [c.25]

Если ранние исследования эпитаксии носили феноменологический характер, то современное изучение основывается на базе более строгих представлений общей молекулярной и дислокационной теорий роста кристаллов. К сожалению, первые попытки создания дислокационной теории ориентированной кристаллизации привели к результатам, не согласующимся с экспериментальными наблюдениями. Однако большое количество экспериментального материала, накопленного к настоящему времени, представляет хорошую отправную базу для новых теоретических исследований. [c.8]

Процесс кристаллизации начинается с выделения из пересыщенного раствора мельчайших частиц кристаллизующегося вещества — зародышей кристаллов. Они способны расти, причем рост кристаллов происходит наиболее легко на острых углах первоначальных зародышей. На микрофотографиях при большом увеличении наблюдается спиральная структура поверхности кристаллов ларафиновых углеводородов. Механизм роста кристаллов индивидуальных парафинов нормального строения и их смесей объясня- ет дислокационная теория 1[4, 5]. [c.118]

Дислокационная теория росаа кристаллов из растворов [59]. Модель предыдущего раздела основана на предположении о том, что полную скорость диффузии определяет поверхностная диффузия модель удовлетворительным образом описывает кинетику роста кристаллов из газовой фазы в случае, когда градиент концентрации в объемной фазе можно считать пренебрежимо малым по сравнению с разностью концентрации в непосредственной близости от кристалла и равновесной концентрации. В случае, когда градиент концентрации в объемной фазе велик, процессом, определяющим полную скорость диффузии, является объемная диффузия. Этот случай, как правило, приходится рассматривать при кристаллизации из растворов (или из газовой фазы в присутствии инертного газа) [60]. [c.272]

Скорость роста идеально гладкой грани пропорциональна частоте появления на ней двумерных зародышей. Этот этап является весьма чувствительным к пересыщению, и вероятность образования нового слоя при пересыщениях ниже 25—50% совсем ничтожна. Дальнейшее разрастание слоя происходит быстро и от пересыщения не зависит. Однако в реальных кристаллах рост кристалличеекой поверхности становится непрерывным и осуществляется при ма/гых пересыщениях порядка 1 % и ниже. Это противоречие между теорией и практикой объясняет так называемая дислокационная теория. В настоящее время эти представления о механизме и кинетике роста кристаллов из пара являются общепринятыми. Согласно дислокационной теории винтовые дислокации, всегда присутствующие в реальном кристалле и выходящие на растущую поверхность, обеспечивают наличие готовых ступенек. Частицы, адсорбировапные поверхностью, свободно по ней перемещаются и, наконец, присоединяются к имеющемуся дислокационному выступу — ступеньке. В процессе кристаллизации ступеньки не зарастают, а сохраняются в новых слоях. Поэтому вся кинетика роста определяется движением ступенек и нет необходимости в появлении новых двумерных зародышей. При таком механизме роста полностью заполненных плоскостей нет, присоединение частиц происходит по спирали. -Для образцов с достаточно ( свершенной структурой плотность дислокаций, выходящих на поверхность, достигает 10 Поэтому рост такой поверхности происходит во многих точках одновременно и микрорельеф ее оказывается не гладким, а шероховатым. [c.60]

При равномерном осаждении металла на противоположные стороны углублений происходит геометрическое выравнивание. На формирование микрорельефа поверхности электроосажден-ных металлов влияют также особенности процесса электрокристаллизации. Размеры, форма отдельных кристаллов, ступени роста и дислокационные искажения — все это в совокупности определяет так называемую кристаллическую шероховатость. [c.268]

В процессе изучения внутренней морфологии синтетического кварца методами травления и термодекорирования в различных пирамидах роста кристаллов были обнаружены линейные дефекты, во многом сходные с так называемыми голубыми лучами , встречающимися довольно часто в кристаллах горного хрусталя. В дальнейшем были выяснены условия образования подобных дефектов в синтетических кристаллах и поставлены специальные ростовые опыты с целью воспроизведения линейных дефектов в контролируемых условиях. На основании полученных данных задолго до применения рентгенотопографических методов выявления структурных несовершенств синтетического кварца был сделан вывод о дислокационной природе линейных дефектов в синтетических и природных кварцах, подтвержденный в дальнейшем результатами систематических рентгеноскопических определений. [c.163]

Установлено, что отжиг при указанных температурах в течение 2—3 ч обычных кристаллов, содержащих азот в виде одиночных парамагнитных атомов (С-центров), приводит к появлению в их структуре большого количества дисперсных образований с размерами не более (7—10) 10 м и концентрацией 102 м (рис. 160,а), по форме идентичных образованиям типа плейтелитс (дефекты типа б2-центров) в природных алмазах. Несомненно, что форма этих образований коррелирует с физическим смыслом параметра п. Кроме того, эти образцы содержат дислокационные петли размером (3—10) 10 м с плотностью до 10 м , являющиеся результатом захлопывания дискообразных скоплений вакансий (см. рис. 160,6). Увеличение длительности отжига до 5— 6 ч приводит к росту концентрации дислокационных петель до 10 м . Важно отметить, что связь дефектов этих двух типов с процессом сегрегации атомов азота подтверждается в нашем случае тем, что такие дефекты не обнаруживались в отожженных образцах с незначительным содержанием азота в исходном состоянии. [c.433]

Оказалось, что фракции полиэтилена с мол. весом от 21 ООО до 300 ООО образуют в растворе одинаковые вторичные структуры в одном и том же интервале температур. При нанесении кипящего ксилольного раствора на подложку при комнатной температуре получаются кристаллы дендритного характера (рис. 1). Начиная с 40 и до 90° на подложке образуются пластинчатые кристаллы пирамидальной формы, хорошо известные в литературе [5]. На рис. 2 представлена типичная микрофотография, полученная для полиэтилена мол. веса 21 ООО при 70°. На большой плоскости основания, имеющего ромбовидную форму, расположено много более мелких пирамидальных кристал.)1ов. Отдельные слои, образующие соседние кристаллы, перекрываются, 1ю мешая друг другу. На рис. 3 (мол. вес 21 ООО, температура подложки 90°) хорошо видно, что рост кристаллов идет до дислокационному механизму. На рис. 4 приведена микродифракция, снятая с участка монокристалла полиэтилена. Кристаллы получаются в фракционированном полиэтилене низкого давления мо.л. веса от 21 ООО до 300 ООО при температуре подложки от комнатной до 100°. Кроме того, интересно отметить, что изменение концентрации раствора полимера в пределах от 0,001 до 0,1% не сказывается на характере вторичных образований в зависимости от температуры. На рис. 5 (мол. вес 30 ООО, температура 90°) отчетливо видны кристаллы, полученные из 0,1 %-ного ксилольного раствора. Эти кристаллы менее совершенны, чем возникшие в более разбавленном растворе (см. рис. 2). На микрофотографии можно рассмотреть, что утолщения и наросты располагаются чаще всего по краям плоскости основания. Таким образом, фракционированный полиэтилен с мол. весом до 300 ООО при сравнительно низких температурах (до 100°) дает пластинчатые кристаллы. Очевидно, что регулярное строение и одинаковый размер молекулярных цепей значительно облегчают условия образования однородных структурных единиц, что ведет, в свою очередь, к быстрому упорядочению их в более высоко организованные структуры. Выше 100° возникают структуры, подобные структурам в нефракционировапном полиэтилене при этой же температуре [1]. На снимках (рис. 6) появляются полосатые структуры и ленты. Возникшие кое-где плоскости часто образуют завихрения, подобные зародышам сферолитов. Это совпадает с данными Ли Ли-шен, Андреевой и Каргина [6], показавшими, что при 100° происходит резкое ослабление сил связи между отдельными лентами, образующими кристаллы. Начиная с мол. веса ЗОС) ООО и выше характер вторичных структур изменяется. При температуре подложки от комнатной до 90° наряду с пластинчатыми образованиями возникают хорошо сформированные спиралеобразные структуры. На рис. 7 дана микрофотография раствора полиэтилена низкого давления мол. веса 360 ООО при 70°. Одновременно с пластинками хорошо видны типичные спирали. Легко можно рассмотреть, как утолщенные места спирали перерастают в плоскости. Местами видны полосатые структуры. Возникшие спиралевидные образования довольно гибки (рис. 8 мол. вес 30 ООО, температура 90°). [c.150]

Обширное электронно-микроскопическое исследование кристаллизации галогенидов серебра в фотографических эмульсиях провели Жарков и Добросердова [33]. Авторы получили богатый материал о росте кристаллов в различных условиях и о морфологии конечных образований. Эти данные позволили Жаркову [34] разработать дислокационную модель галоидносеребряных зерен в фотоэмульсиях, согласно которой зерно должно состоять из ядра с большой концентрацией структурных нарушений и квазимонокристаллической оболочки. В различных [c.177]

Происхождение дислокаций еще далеко не полностью объяснено и главным образом по той причине, что в этой области проводилось мало экспериментов. Энергия дислокаций не столь велика, чтобы нельзя было допустить их образование при тепловых возмущениях в достаточно малых кристаллических зародышах. Кроме того, кристаллы часто растут вначале в виде дендритов при высоком пересыщении, которое необходимо для зарождения (если исключить присутствие посторонних частиц, от которых они могут наследовать дислокации) затем, когда пространство между ветвями заполняется, любое легкое искажение ветвей приводит к дезориентациям, которые вызывают образование дислокаций в твердом кристалле. Теория роста кристалла объясняет естественный отбор кристаллов, содерн<ащих некоторое число дислокаций. Однако при этом объясняется наличие только небольшого числа дислокаций, в общем не обязательно большего чем одна дислокация, выходящая на каждой растущей габитусной грани кристалла. Наблюдения Форти и Фрэнка [30] в опытах над малыми сублимированными кристаллами серебра действительно указывают на число их, немногим больше, чем названо. Но содержание дислокаций, определенное различными непрямыми способами для металлических образцов больших размеров, полученных более обычными методами, значительно больше и редко оценивается величиной, меньшей чем 10 /слг или 10 см1см , что, по существу, одно и то же. Содержание дислокаций уменьшается при отжиге, но в пределе, по-видимому, достигает величины указанного порядка. Автор полагает, что это не имеет существенного значения и должно быть приписано содержанию примесей в доступных сортах металлов (обычно металл с концентрацией в 10" н. спектроскопически обнаруживаемых примесей считают сверхчистым ) выделившиеся частицы представляют опорные точки для дислокационной сетки, и наличием адсорбированных вдоль дислокациснных линий атомов растворенного вещества, понижающих как их линейное натяжение, так и их подвижность, можно, по-видимому, объяснить данные наблюдения. [c.33]

Важной вехой в области теории роста кристаллов было появление в 1939 г. работы М. Фольмера Кинетика фазообразования . В этой работе рассматриваются преимущественно теория зародышеобразования Беккера — Дёринга и рост кристаллов по механизму двумерного зародышеобразования, основанный на модели Косселя — Странского. Наиболее важным достижением теории роста кристаллов с 1939 г., несомненно, следует считать обнаружение зависимости скорости роста от несовершенств кристаллической решетки. Этим открытием мы обязаны главным образом Ф. Франку, который выдвинул концепцию роста кристаллов по дислокационному механизму. Интерес к росту кристаллов в последнее время значительно возрос благодаря увеличению потребности в промышленном получении монокристаллов для электроники и оптики. [c.5]

Цудзуку и Кобаяси [50], используя современные представления о строении реального твердого тела, пытались объяснить процесс графитообразования в твердой фазе с точки зрения теории дислокаций. Авторы дислокационной теории графитации рассмотрели восемь основных типов внутри-кристаллических границ, которые различаются по расположению дислокаций и точечных дефектов. Они полагают, что боковой рост кристаллов, характерный для ранней стадии графитации, происходит благодаря движению и слиянию так называемых границ излома, которые возникают большей частью при вертикальном выравнивании краевых дислокаций. Возникающие напряжения сдвига, вызванные взаимным давлением анизотропно растущих в процессе графитации кристаллов, в значительной степени влияют на рост кристаллов. Завершение образования трехмерной структуры графита при высокой температуре (выше 2300° К) происходит благодаря слиянию винтовых дислокаций, что создает впечатление вращения сеток вокруг гексагональной оси с. Делая некоторые предположения, авторы дислокационной теории подсчитали, что движущие силы вращения кристаллов составляют более 10 кГ/м , т. е. имеют тот же порядок, что и напряжения сдвига. [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология