Файл: Лодиз, Р. Рост монокристаллов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 116

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

16

Р . Л О Д И З . Р О С Т М О Н О К Р И С Т А Л Л О В

ячейки,

т. е. воображаемого параллелепипеда из атомов кри­

сталла,

многократным переносом (трансляцией) которого мож­

но охарактеризовать порядок расположения всех атомов в кри­ сталле. Повторную трансляцию как движение определенного рода можно охарактеризовать неким вектором. За начало век­ тора, описывающего трансляцию, можно выбрать любую точку внутри кристалла, удобную для решения поставленной задачи.

Если ее выбрать

как некоторую произвольную опорную точку

в повторяющемся

узоре, то периодическая трансляция

воспро­

изведет, разумеется, эту опорную точку,

равно как

и

все дру­

гие точки системы, в виде регулярного

трехмерного

распреде­

ления точек в пространстве. Такое изображение представляет собой точечную пространственную решетку. Сетку, или линей­ ную решетку, можно охарактеризовать, указав длину и на­ правление трех основных линий сетки, т. е. размеры, или пе­

риоды, решетки и

форму элементарной ячейки.

Нужно под­

черкнуть, что

точечная решетка

дана нам природой, а линей­

ной решеткой

мы

пользуемся

ради удобства.

Геометрически

мыслимо лишь строго определенное число всевозможных раз­ мещений точек в пространстве, или атомов в кристалле. Такие

размещения можно описать 14 пространственными

решетками

Бравэ

или 32

кристаллографическими

классами, или точечными

группами; 32

класса

такой симметрии

дополнительно

делятся

на 230 пространственных групп. По

одной из простейших клас­

сификаций кристаллы делят на следующие 7 систем:

кубиче­

скую,

тетрагональную, гексагональную,

ромбическую,

моноклин­

ную,

триклинную и

тригональную.

Эти системы показаны на

фиг.

1.3.

 

 

 

 

 

 

Как оказалось, кристаллы удобно описывать, пользуясь ме­ тодами аналитической геометрии и выбирая оси, называемые кристаллографическими (показаны на фиг. 1.3 пунктирными линиями). Оси обычно направляют по ребрам элементарной ячейки. Разработаны разные способы выражения положения пе­ ресечения плоскостей кристалла с кристаллографическими осями. Самым универсальным из них надо признать систему Миллера. Миллеровские индексы плоскости представляют собой числа,

обратные отрезкам, которые плоскости отсекают

на кристал­

лографических о с я х 1 ) . Индексы Миллера

обычно

выбирают в

виде целых чисел, а если числа,

обратные

отсекаемым

отрез­

кам, получаются дробными, то от

дробей

освобождаются при­

ведением к общему знаменателю.

Индексы

плоскости

всегда

4 ) Таким образом, положение плоскости во всех системах, кроме гекса­ гональной, задается тремя индексами. В гексагональной же системе исполь­ зуют четыре индекса, хотя уже трех достаточно для однозначной идентифи­ кации конкретной плоскости. Дополнительный индекс часто обозначают точ­ кой. Таким образом, обозначение (1120) эквивалентно символу (11-0).

 

I . М О Н О К Р И С Т А Л Л Ы

17

заключают в скобки той или иной формы. Их формы

имеют

следующее значение:

 

 

 

(100) — конкретная плоскость

100,

т. е. плоскость, отсекаю­

щая на

кристаллографических

осях

отрезки 1, оо, оо

(парал­

лельная

двум осям);

 

 

 

Кубическая

Тетрагональная

Гексагональная

 

Ромбическая

 

Моноклинная

Трикпинная

Тригональная

 

(орторомбическая)

а + Ьфс

 

 

афЬфс

 

(ромбоэдрическая)

 

афЬ+с

 

а = у = 90°*р

аФ/3+уФ900

а = Ь=с

 

 

 

 

Ф и г .

1.3. Кристаллографические

системы.

 

 

{100} — все

плоскости

в

кристалле, эквивалентные

плоско­

сти

(100)

(совокупность

плоскостей

{100}

описывает

кристалл

данной

формы

или

габитуса;

{100} иногда

называют

символом

простой

формы);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[100] — направление, параллельное

линии, которая проведена

из

начала

координат к точке

с координатами

1, 0, О 1 ); (100)—

все направления в кристалле, эквивалентные направлению [100]. Определенные плоскости в кристалле иногда считаются при­

надлежащими

одной и той же зоне. Все плоскости, параллельные

') В кубической сингонии это будет направление, перпендикулярное пло­

скости (100),

7 " ~ "

•' м

•

 

5 Си-Зляоте.ч*

С С С Р

t

г I I О С

Г « £ >

т. М О Н О К Р И С Т А Л Л Ы

19

зерна в которых выявлены травлением. В случае неорганиче­ ских окислов и солей такие поликристаллические материалы обычно называют керамикой.

Главная задача настоящей книги состоит в том, чтобы рас­ смотреть и обсудить способы выращивания монокристаллов. Трудно дать точное определение того, что надо разуметь под

монокристаллом, но обычно

под этим понимают

кристаллит,

либо найденный в природном

поликристаллическом

образовании

и выделенный из него, либо специально выращенный. Такой кристаллит должен иметь достаточные размеры, чтобы пред­ ставлять эстетическую, техническую или научную ценность. Нас же здесь интересуют специально выращенные монокристаллы размером не менее 1 мм3 , поскольку такая величина есть нижний

предел, устанавливаемый практическими возможностями

работы

с ним и проведения

большинства измерений.

 

Остальная часть

данной главы посвящена краткому

обзору

методов, используемых для выявления кристалличности мате­ риала. Такие исследования предполагают определение характе­ ра и концентрации несовершенств (дефектов) в кристаллах. Эта область знаний (охватывающая также изучение некристал­ лических и поликристаллических материалов) становится в настоящее время самостоятельной дисциплиной, называемой ха-

рактеризацией

материалов').

Вещество

полностью

охарактери­

зовано, когда

идентифицированы все

образующие

его атомы

и определено

их положение

в решетке2 ). Для достижения та­

кой цели используются самые разнообразные методы. В осталь­

ной

части

настоящей главы можно описать только

некоторые

из

них,

не

рассчитывая на нечто

большее. Трудно, однако,

пе­

реоценить

важность

«характеризации» как для ростовика,

так

и для

потребителя

кристаллов.

Однако

недостаточное внима­

ние со стороны последнего к этой

области

заставляет

ростовика

брать на себя все больше и больше ответственности за поло­ жение дел с «характеризацией». Последняя не сводится, напри­ мер, просто к измерению проводимости и подвижности в полу­ проводнике, как бы ни были важны эти параметры с точки зре­ ния потребителя кристаллов и в приборах и для понимания физических основ поведения материала. При характеризации ма­ териала, т. е. идентификации и определении положения обра­ зующих его атомов, подобные измерения важны в совокупности

') Вопросы характеризации материалов рассматриваются в книге [89], подготовленной к печати Комиссией по характеризации материалов Нацио­

нального исследовательского совета Национальной

академии наук США.

2 ) Это определение предполагает, что

нет такого вещества, которое

было бы когда-нибудь охарактеризовано полностью,

но многие

вещества уда­

валось охарактеризовывать в такой степени,

какая

означает

фундаменталь­

ное понимание хотя бы некоторых его свойств.

 

 

 

20

Р . Л О Д И З . Р О С Т М О Н О К Р И С Т А Л Л О В

с другими измерениями. Во всяком случае типом и положением составных атомов вещества определяются полупроводниковые и, разумеется, все прочие свойства материала.

1.2.Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н Ы Е МЕТОДЫ В Ы Я В Л Е Н И Я

КР И С Т А Л Л И Ч Н О С Т И

Главный признак, по которому все кристаллические твердые

тела отличают

от аморфных, — это

наличие дальнего

порядка

в расположении

атомов. Большая

часть кристаллов

плавится

при определенной температуре и часто имеет плоские правиль­ ные наружные грани (последнее зависит главным образом от способа выращивания). Углы между такими гранями (межгранные), как правило, имеют строго определенную величину

(закон Стено), чем можно пользоваться

для идентификации.

Некоторые ' кристаллы

раскалываются

правильным образом,

т. е. их можно разбить

по ряду гладких

плоских поверхностей,

параллельных друг другу на протяжении всего кристалла. Кри­ сталл, обладающий плоскостью спайности, обычно раскалы­

вают, процарапав

сначала канавку параллельно такой плоскости,

а затем резко,

но

не

сильно стукнув его

с обратной стороны,

предварительно

введя

в такую канавку

лезвие острого ножа

или бритвы. Легко раскалываются слюда, нитрат натрия, арсенид галлия, хлористый натрий. Другое свойство, иногда при­ сущее кристаллам, — прозрачность в видимой части спектра. По­ ликристаллические материалы обычно бывают полупрозрач­ ными или матовыми из-за рассеяния света на пустотах вдоль межзеренных границ или на других участках, а также из-за двойного лучепреломления ' ) . Все эти свойства часто считаются признаками кристалличности. Однако нагревание вещества может привести к его разложению, полиморфным превращениям и расстекловыванию. Тогда все упомянутые признаки, кроме дальнего порядка, не всегда сохраняются у всех кристаллов, а некоторые такие свойства начинают проявляться и у аморфных веществ. Таким образом, обычно надежнее идентифицировать материал как кристаллический по тому или иному одному при­ знаку, являющемуся непосредственной мерой его дальнего атом­ ного порядка.

Все кристаллические материалы (кроме принадлежащих к кубической сингонии), в том числе и жидкие кристаллы, опти­ чески анизотропны, т. е. действие света на кристалл зависит от направления, в котором свет проходит через кристалл. Эта

') Поликристаллическая керамика, например А12 0з,

может быть

прозрач­

ной, если ее уплотнить в достаточной мере, чтобы в ней

не оставалось

пустот.

Смотрите также файлы