Дефекты, влияние примесные

В отличие от полупроводников электропроводность металлов мало зависит от имеющихся в их структуре примесных дефектов. Однако примесные дефекты могут оказывать существенное влияние на другие свойства металлов. Так, механические характеристики металлов сильно зависят от наличия в их структуре междоузельных примесных дефектов. С учетом плотнейшей упаковки металлических кристаллов в междоузлия способны попадать лишь микрочастицы небольших размеров, такие, как атомы водорода, углерода, кислорода, азота. Кристаллы многих металлов часто поглощают большое количество указанных примесей. Например, количество водорода, поглощенного [c.89]

Наиболее простым дефектом является примесный атом пятой или третьей группы таблицы Менделеева, Рассмотрим, например, атом мышьяка в германии. Мышьяк имеет пять валентных электронов. Для реализации ковалентной связи с ближайшими соседними атомами кремния требуется четыре электрона пятый электрон связан положительным зарядом иона. В этом связанном состоянии электрон обладает более низкой энергией, чем электрон, находящийся в зоне проводимости. При высокой температуре под влиянием тепловых колебаний связанный электрон может отрываться от иона мышьяка и перемещаться как свободный электрон иными словами, электрон может перейти в зону проводимости. Такого рода примеси или дефекты кристаллической решетки называют донорами. В основном состоянии они нейтральны, а при возбуждении дают положительно заряженный ион и один свободный электрон. [c.239]

Влияние фиксированной концентрации примесных доноров или акцепторов на концентрации собственных дефектов в германии показано на рис. XI.4. Расчеты выполнены на основании приведенных в разделе Х.2 на рис. Х.4 данных о равновесии дефектов в чистом германии. Из рисунка виден характер изменения концентрации заряженных вакансий в области, где примесные атомы определяют условие нейтральности уменьшение концентрации в случае доноров и увеличение ее в случае акцепторов. Особенно велико влияние примесных атомов на концентрацию дважды заряженных вакансий. Однако последняя настолько мала, что при решении практически всех задач этими [c.257]

В германии и кремнии преобладает собственное разупорядочение типа п -= р, и поэтому внедрение примесных доноров или акцепторов происходит по простому механизму замещения (рис. XI.6, а, б). Характер изменения концентрации вакансий в области, где примесные атомы играют определяющую роль в условии электронейтральности, уже обсуждался при рассмотрении температурной зависимости влияния примесных атомов на концентрацию собственных дефектов (рис. XI.4). [c.263]

Во всех случаях свойства твердого раствора обусловлены как дефектами, возникающими в результате внедрения атомов примесного элемента, так и наличием самих примесных атомов. Вклад каждого из этих двух факторов не всегда удается выделить. В табл. XVI. 1 приводится сводка соединений, для которых опубликованы сведения о влиянии примесных атомов на физиче-<ские свойства. [c.423]

В предыдущем разделе рассматривался вопрос о влиянии примесных атомов на концентрацию собственных дефектов при высоких температурах. Было показано, что при низких концентрациях примесных атомов, когда они не входят в приближенные уравнения нейтральности, концентрация собственных дефектов не изменяется. Отсюда можно сделать вывод о том, что при этих [c.444]

В общем можно сделать вывод, что растворимость атомов примеси увеличивается с увеличением рхз (или уменьшается с увеличением рш), если они занимают узлы М, и меняется противоположным образом, если они занимают узлы X — независимо от того, действует ли примесный атом как донор или как акцептор (или независимо от соотнощения величин Ki и Ks)- Однако характер влияния примесных атомов на концентрацию заряженных собственных дефектов, несомненно, зависит от указанных свойств. Доноры вызывают увеличение концентрации отрицательно заряженных, а акцепторы — положительно заряженных собственных дефектов. [c.452]

Для более подробного ознакомления с этими работами можно обратиться к обзору [656]. Влияние образования пар между собственными дефектами и примесными атомами на диффузию примесных атомов обсуждалось в разделах ХП1.1 и ХХ.3.3. [c.586]

Можно указать две основные причины возникновения дефектов в кристаллах. Первая обусловлена тепловым движением частиц, формирующих кристалл. С повышением температуры твердого тела энергия такого движения растет, поэтому возрастает и вероятность образования подобного рода дефектов, обычно называемых собственными или тепловыми. Другой вид дефектов связан с наличием в структуре вещества тех или иных примесей. Вообще говоря, абсолютно химически чистых веществ не существует. Однако влияние примесей на свойства вещества может быть незначительным, и тогда их присутствием пренебрегают. Когда присутствующие примеси существенно изменяют свойства твердого тела, говорят о дефектах химического состава кристалла или примесных дефектах. [c.87]

Рассмотрим, какие искажения вносят тепловые и примесные дефекты в структуру кристаллов, а также влияние подобных искаже- [c.87]

Дефектность кристаллической решетки алита. Внедрение примесных ионов в кристаллическую решетку минерала приводит к созданию локальных дефектов, изменяющих ее энергию. Твердые растворы трехкальциевого силиката обладают значительным количеством точечных дефектов, таких, как вакансии, свободные носители заряда (электроны и дырки), центры термолюминесценции, парамагнитные центры, полученные при облучении образцов. Для определения концентрации точечных дефектов в алите промышленных клинкеров необходимо либо выделить минерал из клинкера, либо учесть влияние дефектности строения остальных фаз, что в настоящее время чрезвычайно затруднительно. [c.235]

Рассмотрим, какие искажения вносят тепловые и примесные дефекты в структуру кристаллов, а также влияние подобных искажений на свойства твердых тел. Тепловые дефекты возникают как следствие тепловых колебаний частиц в узлах пространственной решетки кристалла. Обычно тепловые колебания частиц не приводят к нарушениям идеальной структуры кристалла. Исключения возникают, если та или иная частица или группа частиц приобретают повышенный запас кинетической энергии и покидают узлы кристаллической решетки. В зависимости от геометрии возникающих при этом дефектов их можно разделить на три группы точечные, линейные и поверхностные. [c.79]

Отмеченные структурные перестройки, происходящие в процессе реконструкции дефекта, оказывают непосредственное влияние на энергетическое положение примесных уровней, рис. 2.12, и, несомненно, должны учитываться при корректном описании обсуждаемых систем. [c.53]

В пирамиде <+л > волокнистые примесные сегрегаты возникают в результате постепенного вырождения плоскости -Ьх и вытеснения ее фрагментами граней тригональных бипирамид, которые, адсорбируя неструктурную примесь, образуют паразитные секторы в объеме пирамиды <+л >. Необходимо подчеркнуть, что на включение неструктурной примеси не оказывает никакого влияния положение растущего кристалла относительно вектора силы тяжести и направления движения конвекционных потоков раствора. Увеличение содержания неструктурной примеси в кварце с повышением скорости роста зафиксировано различными методами. В частности, происходит значительное возрастание интенсивности полос поглощения, связанных с алюминием и ОН-дефектами (наблюдается для образцов, скорости роста которых превышают значение пороговой скорости грани пинакоида v ). В случае, если выращивание осуществляется со скоростями, не превышающими значение даже значительные колебания скорости не вызывают существенных изменений инфракрасных спектров <с> и, наоборот, после того, как неструктурная примесь начинает входить в кварц в одном и том же секторе роста, поглощение на 3394, 3570, 3384 и 3440 см возрастает примерно пропорционально увеличению концентрации примеси в кристалле. Увеличение скорости роста приводит к непропорциональному изменению интенсивности полос поглощения в секторах <с>, <—л >, <+5> и <+л > на различных частотах (рис. 30, 31), что, по всей вероятности, связано с некоторыми вариациями состава неструктурной примеси, [c.117]

Из анализа экспериментальных и литературных данных следует, что электролюминесценция изучавшихся кристаллов обусловлена электронно-дырочной рекомбинацией донорно-акцептор-ных пар различного пространственного разделения. Эти центры в значительной степени подвержены влиянию и примесных и структурных дефектов, в связи с чем наблюдаются вариации спектров от образца к образцу. Этим же объясняется и тот факт, что выход люминесцирующих образцов из общего количества кристаллов составляет не более 80 %, [c.461]

В. я. Хаимов-Мальков [78] рассмотрел процессы диффузии в монокристаллах лейкосапфира, согласно которым собственные точечные дефекты могут взаимодействовать с примесными атомами (центрами), меняя их валентное состояние и пространственную конфигурацию. В результате образуется малоподвижный примесно-дефектный комплекс. Такой процесс описывается в рамках твердофазных химических реакций. Изменение валентного состояния примеси и, следовательно, структуры примесного центра, приводит к соответствующему изменению объема кристалла, определяемого с помощью дилатометра. То есть в конечном счете по этой причине возникают механические напряжения, обладающие значительными градиентами и оказывающие влияние на процесс диффузии. [c.77]

В гетерогенном катализе и явлениях люминесценции наличие электронных дефектов и посторонних атомов также играет очень большую роль. В случае катализа отклонения от стехиометрии приводят к появлению акцепторных или донорных уровней, в результате чего электрон легко передвигается к адсорбированным веществам или от них. Эти свойства, как мы уже упоминали, можно изменить введением посторонних ионов. Появление ионных дефектов на поверхности или вблизи нее также имеет некоторое значение в каталитических процессах. Эти и сходные явления рассмотрены в гл. 15. При люминесценции (см. гл. 3) локализованные электронные ловушки, возникающие при замещении атомов основной решетки примесными атомами, оказывают существенное влияние на характеристики свечения фосфоров. [c.78]

Наряду с тепловыми вакансиями, в ионных кристаллах возникают вакансии под влиянием примесей. Если зарядность иона примеси отличается от зарядности одноименного иона основного кристалла, то для сохранения электронейтральности часть узлов кристалла должна оставаться пустой. Такие примесные дефекты мало зависят от температуры и сказываются главным образом при низких температурах, когда количество тепловых вакансий мало. [c.220]

Типичным результатом такого влияния оказывается очень существенное изменение как абсолютных, так и, что особенно важно, относительных скоростей различных каналов химической реакции. Каталитическое действие могут оказывать частицы очень разной природы это могут быть протоны (и вообще различные ионы) в водных растворах, комплексные соединения переходных металлов, поверхности многих твердых тел и т.д. В последнем случае обычно считается, что наиболее эффективными в каталитическом отношении являются некоторые выделенные участки поверхности твердого тела (те или иные поверхностные группы, структурно выделенные атомы кристалла — вершины, ребра и т. п., структурные дефекты, примесные структуры и т.д.), которые часто называют активными центрами (АЦ). Нам будет удобно распространить этот термин а любые частицы, которые оказывают каталитическое действие, независимо от того, идет ли речь о каталитически активных частицах в растворе (гомогенный катализ) ли на ловерхности твердого катализатора (гетерогенный катализ). Механизмы каталитического действия имеют много общих черт в обоих этих случаях, хотя, конечно, есть и ряд специфических особенностей в самих химических перестройках, и в постановке возникающих при этом теоретических задач именно по этой причине об- [c.259]

Повышение чистоты материалов позволяет на более высоком уровне изучать закономерности зарождения новой фазы, учитывая образование собственных и примесных дефектов структуры в кристаллах [252]. Для создания общей теории гетерогенного нестационарного зародышеобразования необходимы точные количественные данные о влиянии указанных дефектов и режимов кристаллизации на кинетические параметры процесса. Последнее возможно только при использовании статистических методов исследования и соответствующей обработке экспериментальных данных. [c.116]

Два различных дефекта в твердом теле могут образовать ионную пару, и мы рассмотрим более подробно этот процесс в гл. 7. Некоторые примесные атомы одного и того же вида могут образовывать небольшие агрегаты (кластеры) примеры их образования будут приведены в последующих главах. Если такой кластер содержит достаточное число атомов, его следует рассматривать уже не как дефектный центр, а скорее как участок новой фазы. Процесс образования новой фазы, безусловно, оказывает большое влияние на свойства твердого тела (гл. 8). [c.61]

Электропроводность полупроводников обычно зависит от наличия в них примесей и дефектов решетки и в определенном температурном интервале быстро увеличивается с ростом температуры. В гл. 3 мы показали, что примеси элементов П1 и V групп в решетке элементов IV группы являются соответственно акцепторами и донорами электронов. В полупроводниковых соединениях соответствующие примеси ведут себя аналогично. Вакансии также относятся к числу дефектов, оказывающих влияние на электропроводность. Энергию, необходимую для отрыва электрона от донора или присоединения электрона к акцептору, называют энергией ионизации примеси или дефекта. Энергетические уровни простых доноров и акцепторов расположены в запрещенной зоне, вблизи зоны проводимости и валентной зоны соответственно (рис. 37), а энергия ионизации определяется как разность энергии между примесным уровнем и соответствующей зоной. Если в кристалле одновременно присутствуют доноры и акцепторы электронов, то электроны с донорных уровней перейдут на акцепторные и не дадут никакого вклада в электропроводность поэтому число примесных носителей тока при одновременном присутствии доноров и акцепторов определится как [О]—[Л]), т. е. как разность концентраций доноров и акцепторов. Если [0]>[Л], полупроводник относится к [c.72]

Таким образом, при сравнительно низких концентрациях примеси основная ее часть находится в виде свободных дефектов замещения [Ом +], а концентрация нейтральных комплексов пренебрежимо мала. Другими словами, рассмотренный случай отвечает полной диссоциации комплексов. Здесь, однако, следует помнить о том, что концентрация примеси должна оставаться большой по сравнению с константой собственной разупорядоченности Кз, Кр или Кар, в противном случае влияние примеси вообще пропадает и в кристалле будет доминировать собственная разупорядоченность (предельный случай I в предыдущем разделе). Поэтому более строгое условие, при котором в примесном кристалле реализуется решение (5.39), следует записывать в виде [c.143]

Метод индеитирования наиболее приемлем для изучения влияния дефектов микроструктуры (примесные атомы замещения и примесные центры, [c.74]

При сделанном отправном допущении в существенных поправках нуждается и другое (весьма популярное) представление об адсорбированных молекулах как дефектах поверхности, влияющих на систему электронных уровней и могущих служить новыми примесными центрами. Это влияние должно быть значительно слабее, чем влияние примесных центров, создаваемых нелетучими модификаторами с инозарядными (иновалентными) частицами, так как, по имеющимся наблюдениям, последние, при тех же количествах и при тех же изменениях ф, могут оказывать значительно большее действие на скорость хемосорбции Часть затруднений отпадает при второй трактовке, если, например, допустить, что на поверхности полупроводников, оттренирован-ных при нагревании в высоком вакууме, сперва быстро происходит один практически необратимый процесс, заполняющий значительную часть монослоя. Этот процесс регенерирует исходную поверхность, разрушенную тренировкой, или создает новую поверхность, на которой происходит остальная более медленная хемосорбция, и не должен непосредственно приниматься во внимание при анализе кинетических изотерм. При таком предположении следует в основном сравнивать части изотерм, соответствующие медленной хемосорбции, т. е. не д 1), а д(Омедл = я 1) — [c.23]

XVII.1. ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСНЫХ АТОМОВ ДВУХ ТИПОВ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ СОБСТВЕННЫХ ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛЕ [c.516]

Как уже указывалось, заряд примесного атома одного типа часто можно изменить, изменяя условия приготовления образцов. (Например, в системе КС1 f Са высокие давления хлора p ij способствуют образованию центров Сак, а низкие значения p ia — центров Сак-) Следовательно, можно ожидать, что общее влияние примесных доноров и акцепторов на концентрации собственных дефектов также будет зависеть от условий приготовления образцов. При этом возникают следующие частные случаи [c.516]

Как уже отмечалось в разделах VIII. 1 и ХХ.З, диффузия атомов в кристалле возможна только при наличии дефектов (междоузельных атомов и вакансий). С другой стороны, известно, что концентрация дефектов зависит от состава и условий синтеза. Поэтому следует ожидать, что диффузия также будет зависеть от этих факторов. Влияние примесных атомов переменной валентности изучено достаточно подробно. В качестве примера можно указать систему Ag l -г d l2, где внедрение кадмия в определенной концентрации способствует образованию одинаковой концентрации металлических вакансий и, таким образом, благоприятствует диффузии ионов серебра (Кох и Вагнер, см. разд. XVI.7). Подобные эффекты могут возникать и в твердых телах, состоящих из чистых элементов. [c.584]

Локальные давления в кристаллической решетке возникают также в окрестности точечных дефектов — вакансий и примесных атомов. Связанная с вакансиями избыточная энергия решетки не превосходит 1 эВ на одну вакансию, т. е. почти на порядок меньше, чем для единичной Дислокации. Хотя суммарная энергия кристалла, связанная с вакансиями, может достигать существенной величины, эффект их влияния на растворение ничтожно мал. Действительно, подстановка этого значения энергии моновакансии в уравнения, аналогичные (111), дает совершенно ничтожную величину эффекта, а образование дивакансий, тривакан-сий и т. д. ничего не меняет, поскольку в отличие от плоских скоплений дислокаций энергия каждой кооперированной вакансии меньше, чем изолированной. Во всяком случае эффект не может превосходить величины, соответствующей равномерно распределенным в объеме дислокациям. [c.114]

При изучении кристаллов алмаза, полученных из шихты, содержащей Аз, установлено, что влияние этой примеси на полупроводниковые свойства образцов устойчиво проявляется только при одновременном присутствии в шихте и технологических добавок, обеспечивающих скорость роста кристаллов не более 1,7- 10 м/с. Очевидно, такие условия, при которых формируются практически безазотные кристаллы (см. гл. 18), и способствуют образованию в них электрически активных дефектов с участием атомов мышьяка. Легированный мышьяком в процессе роста алмаз обладает п-типом проводимости и удельным сопротивлением при ЗООК от 10 до 10 Ом м. На образцах с большим сопротивлением определить тип проводимости известными способами ие удается. На рис. 168 наблюдаются отчетливая корреляция между сопротивлением кристаллов и содержанием легирующей примеси в шихте, а также слабая анизотропия проводимости пирамид роста <111> и <100>. На температурных зависимостях сопротивления кристаллов п-типа проводимости имеются пологие участки, соответствующие энергии активации 0,008—0,03 эВ в низкотемпературной области и 0,25—0,58 эВ в высокотемпературной, что также можно объяснить наличием примесной зоны. [c.458]

Для примесных полупроводников возможны два случая. Если эффективные дефекты, возникающие под действием облучения, обладают тем же характером (донорным или акцепторным), что и существовавщие до этого дефекты или примеси, т. е. если они изменяют концентрацию основных носителей тока, то эффект облучения будет очень слаб в этом твердом теле. Концентрация нарущений, существовавщих до облучения, часто составляет 10 — 10 8 на 1 г, т. е. она больше, чем концентрация дефектов, получающихся при облучении. Если образованные дефекты оказывают влияние на концентрацию второстепенных носителей тока, то происходят очень значительные изменения в свойствах твердого тела. Действительно, если учесть, что произведение числа электронов проводимости на число дырок постоянно при данной температуре пр = N ), то изменение числа второстепенных носителей тока приведет к одновременному изменению числа главных носителей тока. Поскольку концентрация второстепенных носителей тока может быть очень низка, даже меньше 10 ° г , то возможно, что в противоположность предыдущему случаю эффекты будут значительны для относительно малых доз радиационной энергии могут наблюдаться изменения типа проводимости образца. Например, в случае германия, когда произведение пр равно 6-10 6, акцепторные уровни (вакансии), образующиеся под действием радиации, играют доминирующую роль [70]. После облучения германия -типа возникает большое число дырок в результате концентрация носителей тока п, а следовательно, и проводимость быстро убывают если доза рассеянной энергии достаточна для создания примерно Ю з эффективных акцепторных дефектов, полупроводник становится собственным полупроводником, причем его проводи- [c.217]

Возникновение и влияние дефектов решетки в случае изоляторов, и в частности пористых веществ (силикагель, окись алюминия), которые мы использовали в опытах, в принципе очень сходны с этими явлениями для полупроводников. В изоляторах присутствует очень малое число свободных носителей тока, и поэтому относительно малые дозы энергии способны заметно изменять их свойства. Однако ширина запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости очень велика, и явления становятся более сложными. Дефекты решетки, созданные искусственным путем под действием облучения, вероятно, играют большую роль как в явлениях захвата, так и в рекомбинации носителей тока. Ниже этот вопрос будет рассмотрен более подробно. Резюмируя, можно сказать, что образование дефектов соответствует возникновению новых примесных уровней в облученном твердом теле. Их продолжительность жизни в общем случае довольно велика и может даже иметь квазипостоянный характер при комнатной температуре. [c.218]

Возможны различные пути для объяснения этих данных. Общность результатов с полученными для влияния на химическую адсорбцию растворения окиси лития в закиси никеля [4] позволяет считать наиболее вероятным следующее адсорбция кислорода происходит не на любых свободных электронах, а на электронах вблизи акцепторных дефектов, захвативших электроны. При растворении окиси лития в 2пО образуется твердый раствор замещения, в котором часть катионных узлов 2п+ занята однозарядными катионами лития. Пониженный заряд примесных катионов компенсируется присутствием в междоузлиях катионов (2п+)междоузл- Сочетание катионов и+ (2п+) междоузл является акцепторным центром. Проводимость 2пО, не содержащей посторонних химических примесей, связана с присутствием избыточного цинка, расположенного в междоузлиях и легко ионизирующегося с отдачей электронов в зону проводимости. При растворении окиси лития часть избыточного цинка расходуется на образование акцепторных центров. Электропроводность и в этом случае обеспечивается присутствием донорной примеси — избыточного цинка, электроны с которого будут распределены между зоной проводимости, донорными и акцепторными уровнями. Акцепторные уровни, занятые электронами, как мы предполагаем, создают центры адсорбции для кислорода [c.80]

Дефекты (примеси, атомы в междоузлиях, вакансии, перестановки атомов и т. д., а также в определенном смысле поверхность кристаллов) оказывают в общем случае такое же влияние на коэффициент объемного расширения и теплоемкость, как и высшие ангармонические члены Фз, Ф4, Ф Фб. .., т. е. они тоже приводят к отклонению от линейной температурной зависимости теплоемкости и коэффициента расширения. Влияние дефектов на теплоемкость проявляется также в том, что они в ряде случаев вызывают существенное изменение колебательного спектра (см. рис. П. 13). Кроме этого, дефекты могут приводить к возникновению так называемых локальных колебаний, а в случае примесных включений с большой массой — и к низкочастотным колебаниям [Марадудин (1966, 1967)]. В полиэтилене подобное влияние оказывают прежде всего цепи с гош-конформацией [Янник (1968) Миазава, Сакаки (1968)] и дефекты, связанные с изгибом цепи (кинкен-дефекты) [Пекхолд (1968)], а также, вероятно, разветвления и концевые группы. Теплоемкость полиэтилена со 100 /о-ной кристалличностью (см. табл. П1.8) не содержит по крайней мере до —75°С вкладов от дефектов [Баур (1970)]. Это указывает на то, что при этих температурах концентрация дефектов очень мала. При более высоких [c.115]

То, что необходимо учитывать строение электронных оболочек примесных ионов, явствует из сравнения влияния примесей N1 + и Действительно, если рассматривать только разницу зарядов основного и примесного катионов, то пришлось бы сделать вывод, что ион Ы" " должен влиять на е азотнокислого бария сильнее, чем ион К , так как введение иона в решетку Ва(НОз)2 приводит к образованию большего числа дефектов, чем введение иона N1 . Так, при образовании раствора замещения ион Ь образует два дефекта собственно ион Ь на месте иона Ва и анионную вакансию. Ион N1 + дает при образовании раствора замещения только один дефект — вакансий в этом случае не образуется. Анологичная ситуация возникает и при образовании раствора внедрения. Таким обра- [c.84]