Кластеры дефектов

Точечные атомные дефекты в кристаллической решетке обладают определенными свойствами. Например, вакансии в ионных кристаллах выступают носителями заряда, причем катионная вакансия несет отрицательный, а анионная — положительный заряд. Конечно, собственно заряд в вакансии не содержится, но возникающее вокруг нее электрическое поле такое же, какое возникло бы, если бы в вакансии располагался заряд, по значению равный, а по знаку противоположный заряду иона, который покинул данный узел решетки. Любые точечные дефекты обладают способностью к миграции (диффузии) в кристаллической решетке в результате тепловых флуктуаций или приложения к кристаллу внешнего электрического поля. Например, катион в междоузлии может переходить при соответствующем возбуждении в соседнее междоузлие, вакансии мигрируют за счет перемещения соседнего иона в вакантный узел, т. е. путем последовательного обмена позициями между ионами и вакансиями (при таком так называемом вакансионном механизме диффузии перемещение вакансий в одном направлении эквивалентно перемещению ионов в другом). Точечные дефекты могут взаимодействовать друг с другом, образуя в простейшем случае ассоциаты—дефекты, занимающие соседние кристаллографические позиции. Например, в решетке могут возникнуть связанные группы вакансий (кластеры). Связанные пары вакансий способны диффундировать быстрее, чем изолированные вакансии, а тройные кластеры еще быстрее. [c.87]

Протекание реакции приводит к извлечению из решетки отдельных атомов кислорода. При этом в каждом акте реакции образуется дефект поверхности. Из предыдущих параграфов мы знаем, что в итоге в результате реакции на поверхности будут образовываться ядра фазы твердого продукта. Каждое ядро — это большое образование , включающее значительное число частиц продукта (атомов металла), структура которых уже соответствует структуре продукта. До того как произошла перестройка структуры, эти частицы существовали в рамках материнской решетки оксида в виде стабильной совокупности частиц — кластера. Этот кластер и должен образоваться в результате отдельных актов реакции. Следовательно, после образования отдельных дефектов реагируют соседние с ними ионы кислорода поверхности, так что возникают группировки дефектов — кластеры дефектов. [c.285]

Образование кластеров дефектов приводит к деформации кристаллической решетки, сопротивление которой обусловливает уменьшение вероятности реакции по мере роста кластеров. В этих условиях будет наблюдаться уменьшение скорости реакции во времени. Когда кластеры достигнут предельных размеров, реакция прекратится, и для образования ядра, т. е. перестройки структуры кластера, потребуется только энергия — работа образования зародыша. Если энергии в системе недостаточно (низкая температура), то кластер будет ждать случайного возмущения, необходимого для перестройки. [c.285]

Изучение вклада в реальную структуру всевозможных дефектов сталкивается с трудностями, которые обусловлены многообразием источников дефектообразования. В связи с этим необходима их систематизация, в основу которой можно положить принцип, учитывающий степень воздействия этих дефектов на диссипацию энергии в монокристаллах. На основе этого принципа всю совокупность дефектов условно можно разделить на три группы. К первой группе относятся так называемые трехмерные дефекты — всевозможные включения макроскопических размеров. Ко второй группе относятся двумерные дефекты — блочные и малоугловые границы, линии скольжения и дислокации. И, наконец, к третьей группе можно отнести одномерные дефекты вакансии, примеси, кластеры. Так как почти все вышеуказанные дефекты в монокристаллах при высоких температурах подвижны, то учесть их вклад без знания динамики дефектов практически невозможно. Несомненно, более эффективное влияние на реальную структуру оказывают дефекты третьей группы, поскольку их плотность в монокристаллах может быть очень высокой. [c.77]

На рис. 68 показана кинетика восстановления СигО оксидом углерода СО, наглядно иллюстрирующая применимость таких рас-суждений. Нисходящая ветвь кривой соответствует процессам образования восстановленных дефектов и кластеров дефектов на поверхности оксида, стационарный участок отражает диффузионный обмен между поверхностью и объемом СигО восходящая ветвь соответствует началу образования и роста ядер фазы твердого про- [c.285]

Существует еще два типа кинетических кривых взаимодействия газа с поверхностью твердого тела. Если образования ядер фазы твердого продукта по тем или иным причинам не происходит, реакция остается в гомогенной области. Такую картину можно наблюдать, например, для оксидов цинка, ванадия. Возможен также случай, когда реакция не проникает в подповерхностные слои, что чаще всего обусловлено диффузионным торможением (времена реакции существенно меньше времен диффузии). Так обстоит дело, в частности, при восстановлении специально приготовленного оксида железа, при карбидировании железа оксидом углерода. В этом случае в пределах поверхности монослоя может быть реализована полная кинетическая картина реакции газа с твердым телом образование дефектов и кластеров дефектов, образования ядер фазы твердого продукта, их рост и слияние в сплошной слой твердого продукта. При этом образуются двумерные поверхностные фазы, .толщина которых может не превышать размеров элементарной ячейки. [c.286]

Изучение пористости пленок ЗЮ на кремнии. Пленки ЗЮ , используемые в технологии полупроводниковых приборов, не должны содержать сквозных пор. Неудовлетворительная сплошность пленок часто является причиной технологического брака. Макродефекты структуры пленки обычно представляют собой поры, образую-ш,иеся при несовершенном росте окисла, границы кристаллов (если стеклообразная пленка склонна к рекристаллизации) микротрещины, формирующиеся из-за несоответствия коэффициентов термического расширения подложки и пленки. Последние два вида макродефектов встречаются на относительно толстых пленках и могут быть устранены изменением технологического режима. Причиной порообразования могут быть определенные виды загрязнений и структурных дефектов на исходной поверхности кремния. Часто поры могут образовываться за счет окклюзии (захвата) газов, а также при слиянии точечных дефектов (вакансий) в кластеры. Наличие пор в значительной мере осложняет использование оксидной пленки в качестве маскирующего покрытия (поскольку поры являются каналами диффузии) и для изоляции (вследствие возможных замыканий алюминиевой разводки на тело прибора). Как пассивирующее покрытие пленка также непригодна, потому что при этом не обеспечивается герметичность структуры. [c.122]

Мы полагаем, что наиболее поразительной закономерностью поведения различных систем сплавов является общность эффектов, связанных с характером скольжения. Планарное скольжение может вызываться рядом факторов, включая уменьшение энергии дефектов упаковки, понижение температуры, ближний и дальний порядок, образование кластеров и разрезание выделение дислокациями. Все эти факторы отмечались в разных местах данной главы и в предшествующих обзорах. Хотя корреляция планарного скольжения с КР и водородным охрупчиванием наиболее полно и подробно исследована для аустенитных нержавеющих сталей, она применима и в случае других аустенитных сплавов, алюминиевых сплавов, титановых а- и р-сплавов, а возможно, и в никелевых сплавах. Очевидным исключением служит семейство ферритных и мартенситных сталей, однако в этом случае число работ, в которых исследован характер скольжения, относительно невелико. Ниже обсудим возможность того, что в подобных сплавах тип скольжения не имеет большого значения, но предстоящие исследования этих материалов все же должны включать определение типа скольжения, например, с помощью сравнительно простой методики линии скольжения [201]. Это позволит установить, распространяется ли отмеченная корреляция на о. ц. к. стали. Часто высказываемое мнение о том, что в железе (и, как следствие, в стали) скольжение всегда носит сильно непланарный характер,— ошибочно. Например, понижение температуры делает скольжение в чистом железе заметно более планарным и [c.120]

Планарность скольжения может быть усилена за счет любого фактора, затрудняющего поперечное дислокационное соскальзывание, или удерживающего скольжение в тех плоскостях, где оно зародилось. Это означает, что характер скольжения могуг определять не только связанная с составом величина энергии дефектов упаковки, или же такие микроструктурные факторы, как упорядочение, образование кластеров и выделение когерентных, частиц, роль которых уже была показана выше. Многие другие (хотя, конечно же, не все) металлургические факторы, рассмотренные в данной главе, тоже могут быть отнесены к числу влия ющих на тип скольжения. Следует также отметить, что некоторые случаи, которые могут показаться исключением, в действительности лишь подтверждают общую картину. Например, измельчение зерна может, по крайней мере отчасти, влиять на скольжение материала, так как ири этом большая часть объема образца должна быть деформирована путем многократного соскальзывания при малых деформациях [304], а как мы покажем, малость деформации во многих случаях имеет критическое значение. [c.127]

При малой концентрации дефектов взаимодействие между ними отсутствует, а распределение в пространстве случайно. По мере увеличения нестехиометрии дефекты вступают во взаимодействие, упорядочиваются и создают сверхструктуру. Взаимодействие дефектов может приводить к образованию кластеров, которые упорядочиваются силами кулоновского взаимодействия. [c.48]

Согласно Тейлору реакции протекают на особых местах поверхности катализатора, так называемых активных центрах. Даже в чистом металле дтомы, расположенные на дефектах решетки, на реС рах и вершинах кристаллитов, ведут себя иначе, чем атомы, расположенные на плоской поверхности. Неоднородность поверхности характеризуют различными методами, изучением зависимостей дифферешщальной теплоты адсорбции или энергии активации при термодесорб1лии от степени заполнения. На изобарах адсорбции может наблюдаться несколько максимумов, что свидетельствует о наличии нескольких типов хемосорбции. В некоторых случаях неоднородность катализатора можно измерить индикаторами Гаммета, другими основаниями, с помощью инфракрасного спектра для выявления числа и силы кислотных центров. В случае бифункциональных катализаторов подбором соответствующих ядов можно оценить соотношение шФаллических и кислотных центров. Центрами могут служить группы или кластеры [c.90]

Рис. 7.9. Энергии формирования (эВ) различных типов дефектов в а-кварце согласно расчетам модельных кластеров состава

В настояш,ее время основной интерес исследователей сместился в область элементарных взаимодействий точечных дефектов, кластеров, активных центров и их динамики. Благодаря указанной тенденции теория роста кристаллов трансформировалась в теорию элементарных процессов роста. На этом пути получен ряд новых, впечатляющих результатов, особенно в области синтеза монокристаллических пленок. [c.5]

АЭ системы IV класса, используемые для диагностики производственных объектов, имеют развитое программное обеспечение. Оно, как правило, включает профаммные средства, которые обеспечивают сбор данных, фильтрацию, корреляционную обработку (как правило, для выявления утечек), обнаружение и фильтрацию электромагнитных помех (в том числе от высоковольтных линий электропередачи), локализацию дефектов с учетом затухания сигналов, автоматическую кластеризацию и определение характеристик кластеров, профамму постобработки. [c.327]

При разупорядоченном ((случайном) раапределении дефектов они могут соединяться в кластеры (т. е. образовать ансамбль из нескольких дефектов) или благодаря одноименным зарядам на [c.172]

Второй подход к исследованию хемосорбции не требует знания электронной структуры кристалла и его поверхности. Идеи, заложенные в нем, вполне аналогичны тем, которые лежат в основе изучения примесных центров или других локализованных дефектов решетки [8—11] (хемосорбированный атом тоже можно рассматривать как некоего рода дефект поверхности — центр адсорбции ). Выделяется фрагмент кристалла, содержащий дефект и его окружение (в литературе используются также термины дефектная молекула или центральная молекула ). Кластер рассматривается как молекула, а для расчета его электронной структуры применяется тот или иной метод, развитый в квантовой химии. [c.52]

Отмеченные выше недостатки кластерной модели обусловлены различием симметрии совершенного кристалла (или кристалла с совершенной поверхностью) и кристалла с изолированным дефектом первый обладает трансляционной симметрией, а второй — нет. Кластер имеет симметрию кристалла с дефектом и удобен лишь для расчета локализованных состояний. Для расчета зонных состояний необходимо учитывать периодическую структуру кристалла, что в рамках кластерной модели в том виде, как она была описана выше, представляется затруднительным. [c.54]

В работах [16—18] был предложен подход к решению задачи о дефектах (примесных и адсорбционных центрах), позволяющий частично преодолеть указанную трудность и в то же время сохраняющий молекулярный характер модели кристалла. Суть его заключается в том, что на фрагмент кристалла накладываются периодические граничные условия Борна — Кармана. Поскольку такие граничные условия можно наложить только на фрагмент, имеющий форму элементарной ячейки (минимальной или расширенной), предложенный подход был назван [17, 18] моделью расширенной элементарной ячейки (РЭЯ). Чтобы отличать фрагменты, замкнутые циклическими граничными условиями, от кластеров, будем называть их в дальнейшем квазимолекулами. [c.54]

Другим классическим примером пространственных диссипативных структур является так называемая решетка вакансионных пор, экспериментально обнаруженная Дж. Эвансом в 1970 г. при исследовании микроструктуры молибдена, облученного ионами азота. Известно, что облучение металла некоторыми частицами (нейтронами, быстрыми ионами) приводит к образованию в кристаллической решетке точечных дефектов — вакансий и межузель-ных атомов. При повышении температуры эти вакансии, перемещаясь в кристалле, образуют сложные кластеры дефектов в виде [c.378]

Некоторые энергетические оценки [96] внедрения изолированных примесей Са, Mg, Ti в объем а-А120з (Ei), этих же примесей в составе кластеров дефектов (Е2) и энергия образования данных кластеров ( ) суммированы в табл. 6.4. Получено, что для всех [c.134]

Энергии внедрения в а-А120з единичного дефекта без (Е ) и с учетом кластеризации дефектов (Е , эВ/дефект) и энергии образования кластеров дефектов ( ., эВ) прн растворении в корунде оксидов Са, Mg и Т для различных механизмов компенсации кристалла [c.135]

Заметим, что, начав с образования пар индивидуальных дефектов, мы закончили описанием образования больших кластеров дефектов. Большие ассоциаты вакансий фактически тождественны второй фазе. Критической точке, в которой появляется новая фаза, соответствует тот момент, когда атомы кластера покидают предписанные им кристаллической структурой основного вещества места в решетке и перегруппировываются в соответствии со своей собственной кристаллической структурой. Кластер (V i)n в Na l превращается таким образом во вкрапление металлического натрия, которое является зародышем новой фазы . В других случаях переход от кластера к новой фазе не так прост. Например, растворяясь в германии и кремнии, литий может занимать междоузлия. Ассоциация междоузельных атомов лития между собой приводит к возникновению сетки, межатомные расстояния в которой очень близки к межатомным расстояниям в металлическом литии. Однако, какой бы размер ни имел этот кластер, он сильно отличается от металлического лития, так как включает в себя атомы Ge (или Si). Поэтому, хотя кластер в некоторых отношениях и ведет себя подобно металлическому литию (например, он обладает металлическими свойствами), его свободная энергия и свободная энергия металла будут разными. Если уж говорить о новой фазе, то ее скорее можно представить как Li Ge или Li Si, а не как металлический литий [104, 105]. Образование фазы чистого лития возможно только в тех случаях, когда атомы Li передвигаются к месту, где имеется достаточное пространство для построения отдельной фазы, не содержащей Ge или Si, например к внешней поверхности либо к дислокациям. Вопрос об идентификации осажденных частиц методом электронной дифракции рассмотрен в работе Ньюмена [106]. [c.228]

Другим примером пространственных диссипативных структур является решетка вакансионных пар, экспериментально обнаруженная Дж. Эвансом в 1970 г. при исследовании микрос1рук1уры молибдена, облученного ионами азота. Известно, что облучение металла быстрыми частицами (нейтронами, ионами) приводит к образованию в кристаллической решетке точечных дефектов — вакансий и меж-узельных атомов, При повышении температуры эти вакансии, двигаясь в кристалле, образуют сложные кластеры дефектов в виде сферических вакансионпых пор и плоских дислокационных петель. Обычно такие кластеры образуют пространственно однородную систему. Однако при определенных условиях облучения вакансионные поры располагаются упорядоченно в виде правильных сверхрешеток , тип которых совпадает с типом кристаллической решетки металла которые имеют период, в сотни раз превышающий период этой решетки. Образоваше таких упорядоченных структур вакансионных пор вызывано нелинейным динамическим взаимодействием точечных дефектов с мелкими вакансионными кластерами и диффузионным взаимодействием между порами. [c.285]

НИХ тетраэдров через мостиковый атом кислорода (=81—О— 81=), второй описывает возникновение дефекта Френкеля (=81— 81—О—О—81=), третий кластер включает дивакансию по кислороду (=81—81—81=). В состав модельных фрагментов введены концевые атомы водорода — стандартный прием компенсации оборванных связей [134]. При самосогласовании вьшолнялась также структурная оптимизация фрагментов, что привело к неизбежным отклонениям межатомных расстояний и углов связей в кластерах от соответствуюпщх значений в кристалле. Результатами расчетов явились оценочные величины энергий формирования дефектов ( ) [114] кроме того, в рамках используемого подхода оказывается возможным рассчитать константы сверхтонкого расщепления, спиновую заселенность, энергии колебательных мод и их интенсивности (для примесных дефектов), ряд других микроскопических характеристик, см.[114—119]. [c.163]

Установленные в последние годы новые явления доказали цепной характер разложения ATM различными видами воздействия экспериментально установлены наличие предвзрывной проводимости и люминесценции, которые являются следствием размножения электронных возбуждений в ходе реакции [1] экспериментально и теоретически показано, что при определенных условиях реакция автолокализуется с образованием реакционной зоны, которая во внешнем поле может мигрировать по кристаллу с подвижностью электронных носителей в формировании реакционной зоны определяющую роль играют структурные дефекты кристаллической решетки (точечные дефекты и дислокации) и продукты реакции - малые кластеры металла после прекращения внешнего воздействия процессы в реакционной зоне продолжаются в течении длительного времени (несколько часов), имеют автоколебательный характер и могут быть либо затухающими, либо приводить к взрыву образца. [c.89]

Установлено, что реакционными областями в кристаллах азидов тяжелых металлов (АТМ) являются вакансионные кластеры, образованные краевыми дислокациями и точечными дефектами в приповерхностной области кристалла на глубине не более 5 мкм. Это подтверждается тем, что вакансионный кластер и реакционная область совпадают пространственно, а также тем, что после ввода свежих дислокаций время образования вакан-сионного кластера совпадает со временем образования реакционной области. Экспериментально установлено, что для образования реакционной области необходимы два условия наличие краевой дислокации концентрация положительно заряженной примеси должна быть не менее 10 см . [c.92]

При более высоких температурах точечные дефекты приобретают заметную подвижность. Участвуя в тепловых блужданиях, оии могут аннигилировать, улавливаться и задерживаться имеюшимися в материале примесями, адсорбироваться дислокациями и границами зерен. Кроме того, некоторые точечные дефекты встречаются с другими аналогичными дефектами и образовывают скопления — кластеры. С ростом температуры облучения роль перечисленных эффектов быстро возрастает, и при обычных температурах работы реактора (Г 50 °С) накопление точечных дефектов становится невозможным, уступая место более энергетически стабильным образованиям — комплексам дефектов в форме кластеров. [c.29]

Установлено, что при введении примесей замещения (81 А1, С К) в соседние узлы в спектре возникают примесные 81, С-уровни вблизи нижнего края ЗЩ нитрида. Резко отличным становится спектр примесных состояний для антисайтов (81 —> Ы, С А1). Уровни дефектов концентрируются в области ЗЩ кристалла и приводят к драматическим изменениям диэлектрических свойств матрицы. Анализ энергетического состояния систем показал (табл. 2.6), что при замещении 81 —> А1, С —> N наиболее химически стабильной будет система с кластером примесных элементов, где образуются прочные межатомные связи 81—С. Менее выгодно изолированное положение дефектов. [c.57]

Оценки изменения полных зонных энергий рассмотренных структур (АЕ) показали, что образование в объеме ТР малых кластеров кислорода или изолированных плоских слоев дефектов маловероятно (АЕ > 0). Величины АЕ для серии 4, наоборот, принимают большие отрицательные значения, достигая АЕ = -3,33 эВ при X 0,5, когда примеси кислорода образуют двухслойную плоскость. Очевидно, стремление примеси к формированию кислородных доменов в объеме ТР может свидетельствовать об ограниченной области существования вюртцитных оксинитридных ТР и отражать тенденцию к их диспропорционированию (на нитрид и оксид) с ростом содержания кислорода. [c.111]

О N при сохранении комплектности металлической подрешетки приводит [38] к дестабилизации системы (относительно исходного нитрида), и для сохранения ее химической устойчивости требуется наличие катионных вакансий в соотношении ЪO .Vp . Для определения роли Уд1 в эффектах кластеризации примесей проведены (с использованием сверхячейки А1,5 д,М]зОз) расчеты структур (1— 3) для различных конфигураций примесь— вакансия. Среди возможных выбраны 1 — все дефекты максимально удалены друг от друга, 2 — вакансия удалена от кластера 30), 3 — все дефекты образуют ассоциат (30 + Уд, . Сравнение величин зонных энергий соответствующих структур непосредственно указывает на предпочтительность возникновения Уд, вблизи кластера 30 , т. е. образования ассоциатов 1 д, + 30). Качественно данный эффект можно трактовать как стремление системы к формированию в объеме AIN злектронейтральных комплексов У д) + 30 ) , в пределах которых избыточная электронная плотность ионов кислорода компенсируется за счет катионной вакансии. [c.111]

В модели [31] предполагается, что переходным состоянием оксинитридного ТР, предшествующим локальной структурной реконструкции с образованием слоя фазы выделения (AljOj) в политипах, является объединение кластеров Уд, + 30) в трехслойные дефекты, содержащие два слоя А1—О, разделенных слоем ка- [c.111]

Учитывая сложность кристаллического строения ПМ SIO2, широкое распространение при исследовании дефектов в диоксиде кремния получили кластерные подходы [109—130]. Сразу отметим, что в рамках соответствуюшцх вычислительных схем в последние годы исследуются также стабильность и свойства изолированных (молекулярных) кластеров Si 0 [131,132], предпринимаются попьггки изучения электронных характеристик гетерогенных наносистем (Al/SiOj/Si, [133]). [c.162]

Полупроводниковые стекла состава PbjoGeigSeei после облучения пучком ионов никеля и отжига при 100—220 °С обнаруживали появление электрически активных дефектов и соответствующих локальных состояний вблизи уровня Ферми. В полупроводнике возникает негомогенность в виде распределения простых дефектов и кластеров в объеме материала. Примеси переходных металлов, например никеля, имеющего незаполненный электронный -подуровень, даже при небольших концентра-Щ1ЯХ (приблизительно 0,2 ат. %) при ионной бомбардировке с интенсивностью 2-10 ион/см, приводят к возникновению значительных изменений в электронных транспортных свойствах полупроводника [447]. [c.312]

Хотя исследованию воды посвящено множество работ, вопрос об ассоциации молекул воды между собой и с молекулами других веществ выяснен не полностью [78]. Жидкость представляют в виде подвижной несовершенной каркасной структуры с молекулами воды на месте дефектов [59] при этом структура каркаса удерживается водородными связями. Действительно, в некотором смысле каждый отдельный малый объем жидкой воды можно представить в виде макромолекулы или структуры состава (Н20) . По предположению Полинга структура жидкой воды подобна структуре газовых гидратов, построенных из кластеров упорядоченной воды [120, 121]. Наличие кластерных структур можно рассматривать на основании представлений о существовании пентагональных додекаэдров, содержащих 20 молекул воды, каждая из которых образует три водородные связи [50]. В пользу додекаэдрической структуры (Н40О20) высказывается Джеффри [75], изучавший гидраты четвертичных аммонийных солей, содержащих до 70% воды. Дополнительные данные, подтверждающие образование додекаэдрических структур, были также представлены Маленковым [98]. Результаты спектральных исследований в вакуумной ультрафиолетовой и в инфракрасной областях находятся в соответствии с теорией, согласно которой содержание [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология