Быстрый поиск

Важнейшие свойства полупроводниковых материалов зависят от присутствия в кристаллах мельчайших количеств примесей. Отсюда следует чрезвычайно важный вывод. Твердые тела никогда не бывают химически чистыми, а их кристаллические решетки вполне совершенными. Они имеют, как принято говорить, дефекты кристаллического строения. Такие дефекты определяют многие важные характеристики материалов, в частности их механические свойства.

 
Полупроводники
 
Можно получить материалы, в которых содержание примесей не превосходит 10 – 5%, но даже в таких материалах атомы примесей будут удалены друг от друга на расстояние порядка 10~5 сантиметра, то есть на расстояние, меньшее, чем длина волны видимого света. Следовательно, даже крупинка очень чистого материала содержит большое количество различных примесей. Обычно атомы примеси просто замещают атомы основного элемента в кристалле, образуя так называемый твердый раствор замещения. Так бывает, например, когда германий легируют фосфором: четыре из пяти внешних электронов атома фосфора участвуют в связях с атомами германия, и благодаря этому атом фосфора удерживается в кристаллической решетке германия.
 
Примеси другого типа могут определять цвет кристалла. Систематическое изучение окраски кристаллов каменной соли, а также других солей, таких, например, как хлористый калий, проведенное Полем и его сотрудниками в Геттингенском университете перед второй мировой войной, выдвинуло его в число основателей физики твердого тела. Требуются лишь следы синих чернил для того, чтобы окрасить стакан воды. Точно так же ничтожный излишек атомов калия в первоначально прозрачном кристалле хлористого калия делает его темно-синим
 
Калий добавляется при разогревании кристалла в парах щелочи. Как же внедряются в кристалл лишние атомы калия? Оказывается, что некоторые узлы кристаллической решетки, которые должны были быть заняты атомами хлора, в реальном кристалле ничем не заняты. Эти вакантные места заполняются добавочными атомами калия, что приводит к некоторому расширению кристалла, величину которого можно легко подсчитать. Выполненные измерения подтвердили наличие такого расширения, величина его совпала с расчетной. Но хлористый калий относится к классу ионных кристаллов, и получить кристалл, в котором отсутствует большое число атомов хлора, невозможно. В нормальных условиях узлы кристаллической решетки такого типа веществ занимают не атомы, а ионы, в частности ион хлора с одним лишним электроном. Поэтому при большом числе вакантных мест кристалл должен иметь большой электрический заряд. На самом деле каждое вакантное место, принадлежащее иону хлора, занимает электрон. Именно электроны и обусловливают окраску кристалла, поглощая свет определенной длины волны.
 
 
Не только примеси вызывают отклонения от совершенного строения кристаллов. В металлах, например, при высоких температурах ряд узлов кристаллической решетки не занят атомами. Такие места называются вакансиями. Вакансии возникают потому, что атомы колеблются, и при высоких температурах, когда амплитуда колебаний достигает значительной величины, атомы на поверхности то там, то здесь вырываются из узлов решетки. Затем вакансия перемещается внутрь. Конечно, вакансии перемещаются также и к поверхности, а затем исчезают. Рано или поздно устанавливается равновесие между количеством образующихся и количеством исчезающих вакансий.
 
Вакансии двигаются в кристалле почти так же, как двигаются в газе молекулы, но только значительно медленнее. Полагают, что когда один металл смешивается с другим, а это бывает, например, при сварке двух металлов, атомы изменяют свои положения, занимая вакансии; таким образом, вакансии играют чрезвычайно важную роль почти во всех металлургических процессах. Было бы очень интересно увидеть вакансии, но это выше возможностей даже самого совершенного современного электронного микроскопа. Мы можем увидеть только небольшие скопления вакансий. Когда металл закаляют (быстро охлаждают), любые две случайно встретившиеся вакансии объединяются, а амплитуда колебаний атомов оказывается недостаточной, чтобы оторвать их друг от друга. Таким образом, в кристалле возникают небольшие полости забавной формы, изменяющейся от одного материала к другому.
 

Рекомендуем почитать!

kreshchenie-rusi
В 988 году Владимир Красное Солнышко совершил крещение Руси....ДАЛЕЕ .....563
chto-gde-kogda-kak-zadat-khoroshij-vopros
Поговорим о том, как же правильно составить и задать...ДАЛЕЕ .....780
osmoticheskaya-regulyatsiya-v-presnoj-vode-u-zhivotnykh
Рассмотрим важнейшую проблему, с которой сталкивается всякое...ДАЛЕЕ .....417
novoe-issledovanie-luny-apparatom-lunar-atmospher-and-dust-environment-explorer
6 сентября 2013 осуществился запуск орбитального аппарата...ДАЛЕЕ .....921
fotokamera-ot-dzhonatana-ajva-ushla-za-1-8-mln
Камера LeicaM, которая была специально разработана дизайнером...ДАЛЕЕ .....599
    Полярный круг. Надо быть странным, чтобы...ДАЛЕЕ .....456
okean-preodolenie-trudnostej
На дне океана. Часть третья. Анализ обобщенной формулы начнем...ДАЛЕЕ .....934
kak-delayut-iskusstvennyj-almaz-rubin-sapfir
Алмаз, рубин, сапфир – искусство делать, а не...ДАЛЕЕ .....2035
oblast-issledovaniya-i-ob-ekt-geograficheskoj-nauki
Имеется группа теоретиков, которая, по видимому, считала...ДАЛЕЕ .....545
izmenenie-golosa-pri-grippe-i-orvi-pochemu-eto-proiskhodit
Не редким и довольно пугающим симптомом болезни может быть...ДАЛЕЕ .....1596
gibrid-krolika-i-kuritsy-shelki
В 19 веке европейская биология чуть было не дала эволюционную...ДАЛЕЕ .....1150
kak-proiskhodit-razmnozhenie-s-pomoshchyu-yajtsekladki-yaits
Биология яйцекладки птицы. Птичье яйцо – это сложная и...ДАЛЕЕ .....1162
bolotnyj-khozyain
Топь место не надежное. Все подстроено. С виду прочная дорога...ДАЛЕЕ .....517
provedenie-krestyanskoj-reformy-v-kumykii-v-1860-kh-godakh
В 1860-х годах сословно-поземельная комиссия приступили к...ДАЛЕЕ .....507
chto-takoe-shproty-eto-kakaya-ryba
Сегодня шпроты уже не вид рыбы, а способ ее...ДАЛЕЕ .....4132
znachenie-i-tolkovanie-pogodnykh-primet
Информация из популярных словарей мира свидетельствует, что у...ДАЛЕЕ .....620
skolko-golov-u-gidry
Гидра - это маленькое беспозвоночное животное из рода сидячих...ДАЛЕЕ .....564
kak-vedut-sebya-atomy
Для понимания того, как происходит квантование энергетических...ДАЛЕЕ .....242
sovety-po-vyboru-planshetnogo-kompyutera
Практически у всех людей, которые собрались приобрести...ДАЛЕЕ .....569
molekulyarnaya-teoriya-sinapticheskoj-peredachi
С помощью очень тонких электродов, которые помещали вблизи...ДАЛЕЕ .....367
kto-izobrjol-multivibrator
Интересные сведения об изобретении...ДАЛЕЕ .....971
metall-i-plamya-drevnee-iskusstvo
«Золотое» начало древней сварки. Загадка...ДАЛЕЕ .....1209
voprosy-kultury-rechi
Элементами динамизма  характеризуется известное...ДАЛЕЕ .....650
darit-tsvety
Что означает число цветов и цветков в...ДАЛЕЕ .....373
kakie-ptitsy-nazyvayutsya-beskilevymi
Обойдется без крыльев - бескилевые птицы   У...ДАЛЕЕ .....1074
kogda-chelovek-poproboval-rybnye-palochki-i-kak-ikh-delayut
Интересные сведения о рыбных палочках.   Первыми...ДАЛЕЕ .....976
obshchenie-s-dukhami-po-spiriticheskoj-doske
Наверняка в американских фильмах про различные паронормальные...ДАЛЕЕ .....797
kakoj-effekt-imelo-izobretenie-tkatskogo-stanka
  Об изобретении ткацкого станка.   Жил...ДАЛЕЕ .....1123
modelirovanie-kak-orudie-issledovaniya
Слово «искусственное» содержит в себе некоторое...ДАЛЕЕ .....439
dom-na-vode-a-sejchas-i-v-germanii
Плавучая улица в Германии Гамбургские плавучие...ДАЛЕЕ .....894