Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru Положение узла решетки в кристаллографической системе координат Х, У, Z записывается индексами [[mnp]], заключенными в двойные прямые скобки, где m, n, p – координаты узла в единицах постоянной решетки (рис.2.5), то есть:

x = ma, y = nb, z = pc. Конец

Для описания направления в кристалле выбирается прямая, проходящая через начало координат. Ее направление однозначно определяется индексами [[mnp]] первого узла, через который она проходит (рис.2.5). Индексы направления обозначаются [mnp] и заключены в одинарные прямые скобки. В кристалле можно выделить множество атомных плоскостей. В двумерном случае это выглядит следующим образом (рис.2.6).

Для описания поло-жения той или иной плос-кости в кристалле использу-ется система трех индексов Миллера. Они записываются как (hkl). Индексы отыскиваются следующим образом. Выражают отрезки, отсекаемые плоскостью на кристаллографических осях Х,У,Z в единицах постоянной решетки или периодах трансляции. Пусть:

ОА = m, ОВ = n, OC = p.

Записывают дроби:

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru , Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru , Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru .

Эти дроби приводят к общему знаменателю q:

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru , Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru , Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru .

Числители полученных дробей и являются индексами Миллера. Причем эти индексы обозначают не какую-то конкретную плоскость, а совокупность параллельных плоскостей. Например плоскость отсекает отрезки: m = 1, n = 2, p = 3. Дроби: 1/1, 1/2, 1/3; после приведения к общему знаменателю: 6/6, 3/6, 2/6 и индексы плоскости – (632). На рисунке 2.8 приведены индексы основных атомных плоскостей для кубической решетки.

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru Если плоскость отсекает отрезок в отрицательном направлении оси, то над соответствующим индексом ставится черта сверху.

Нетрудно также заметить, что направление в кристалле, перпендикулярное плоскости (hkl) имеет индексы [hkl].

Зная индексы плоскости, легко определить межплоскостные расстояния. Для кубической решетки:

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru .

Видно, что чем больше индексы плоскости, тем ближе друг к другу они расположены.

Точечные дефекты

Любые кристаллы сколь угодно высокой чистоты всегда содержат атомы примесей. В результате образуются так называемые твердые растворы. В кристаллической решетке атомы примеси могут находится или в междоузлиях решетки или могут замещать часть атомов ис Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru ходного вещества. В первом случае примесь называют примесью внедрения и полученный твердый раствор – раствором внедрения (рис.2.12а). Во втором - примесью замещения, а раствор – раствором замещения (рис.2.12б). Атомы примеси имеют другую природу и поэтому вызывают искажения кристаллической решетки. Но эти искажения простираются на небольшие расстояния, порядка нескольких межатомных расстояний. Поэтому такие дефекты и получили название точечных.

Для любой примеси характерно наличие предельной концентрации.

В общем случае примеси снижают характеристики полупроводниковых кристаллов. Но часто в кристалл полупроводника специально вводят примеси для придания ему требуемых электрических параметров. Такая примесь, чтобы она выполняла свою роль, обязательно должна быть примесью замещения.

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru Под влиянием внешних воздействий, например тепловых колебаний кристаллической решетки, атом может покинуть узел и внедриться в междоузельное пространство (рис.2.13). Этот процесс сопровождается возникновением сразу двух точечных дефектов: вакантного узла – вакансии и атома в междоузлии – внедренного или дислоцированного атома. Такого рода дефекты называются дефектами по Френкелю.

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru В кристалле возможно полное или частичное испарение атомов с поверхности (рис.2.14). При этом в поверхностном слое возникает вакансия. Вакансия может быть замещена ниже лежащим атомом, то есть она втягивается вглубь кристалла. В этом случае дислоцированный атом не появляется. Такого рода дефекты называются дефектами по Шоттки.

Распределение точечных дефектов по объему кристалла является равномерным.

Линейные дефекты

К линейным дефектам относятся дислокации. Дислокация – нарушение кристаллической решетки, захватывающее большое число атомов и приводящее к сдвигу атомных плоскостей в решетке. Различают дислокации: краевую и винтовую.

Краевая дислокация образуется в результате сдвига одной части кристалла относительно другой на части атомной плоскости. Схематично это изображено на Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru рисунке 2.15. Плоскость АВСD является плоскостью сдвига. В результате вдоль линии АВ, отделяющую зону сдвига, образуется искажение кристаллической решетки, называемое краевой дислокацией. Линия АВ называется линией дислокации. Расположение атомов в плоскости перпендикулярной линии дислокации имеет вид, показанный на рисунке (2.15). Возникает одна неполная атомная плоскость – экстраплоскость. Краевая дислокация всегда перпендикулярна направлению сдвига.

Винтовая дислокация так же образуется в результате скольжения частей кристалла относительно друг друга по части атомной плоскости. Но в этом случае направление сдвига параллельно линии дислокации АВ (рис.2.16). Атомные плоскости в районе дислокации расположены подобно винтовой поверхности. Отсюда и название – винтовая дислокация.

Индексы узлов направлений и плоскостей в кристалле - student2.ru Наличие дислокаций в кристалле полупроводника очень сильно снижает его качество. Вдоль линий дислокации возникают области сжатий и растяжений кристаллической решетки. Поэтому вдоль линий дислокации наблюдается повышенная скорость диффузии атомов примеси, повышенная скорость травления и тому подобное. При изготовлении полупроводниковых приборов это приводит к большому браку.

Наши рекомендации