Қожа Ахмет Яссауи атындағы халықаралық қазақ-түрік университеті .

Жаратылыстану факультеті

Физика кафедрасы



БӨЖ

Орындаған:Абилдаев Мақсат

Тобы:ЖФИ-011.

Қабылдаған:Қатпаева Қ.

Түркістан 2023 ж.

Жоспар:

1.Қатты дененің кристалды құрылымын эксперименттік зерттеу.

2.Кристалл құрылымның түрлері.

3.Аралды құрылым.

Мозайкалық құрылым. Нақты кристалдардың құрылымын зерттеудегі көптеген мәліметтерге қарағанда, олардың ішкі құрылымы идеал кристалдардың құрылымынан елеулі айырмашылығы бар екенін аңғартады. Біріншіден, нақты кристалдардың құрылымы мозайкалық құрылымға ие: кристалл тура құрылымды блоктардан құралған, блоктар жобамен бір-біріне параллель болып келеді. Блоктың өлшемдері 10^-4-10^-6см аралығында, олардың арасындағы бұрыш () бірнеше секундтан он шақты минут аралығында (1.9.-сурет).



1.9.-сурет

Блоктардың бір-бірімен қосылған жеріндегі кристалл торлары бағыты әр түрлі болғандықтан, өткінші жолақ пайда болады, бұл қабатта тор бағыты бір блоктан екінші блокқа өту барысында өзгереді. Сондықтан бұл қабаттағы тор идеал кристалдық торына қарағанда құрылым кемшілігіне ие болады.

Бұл тор кемшілігі дән шекараларында жоғары болады, себебі бір дәннің бағытталуы екінші дәннің бағытталуынан айырмашылығы он шақты градусқа тең.

Дән және блок шекаралары артық еркін энергияға ие болғандықтан, химиялық реакцияның, полиморфты түрленудің, диффузия процестерінің өту жылдамдығы жоғары болады; сонымен қатар олар (дән және блок шекаралары) ток тасымалдайтын бөлшектерді эффективті шашырататын орталығы болады, яғни олар қатты денелердің (металл, жартылай өткізгіш) электр кедергілерінің елеулі бөлігін береді.

Қоспалар. Қоспалар нақты кристалдардың ішіндегі ең мәнді және құрылым ақаулары көп тараған болып есептеледі. Ең таза, қоспалардың 10^-7% құрайтын химиялық элементтің 1 см³ көлемінде 10¹³ қоспа атомдары бар.

Қоспалардың табиғатына және мөлшеріне байланысты олар кристалдарда ерітілген күйді немесе азды-көпті үлкен бөлшектерді құрайды. Кристалда ерітілген қоспалар дегеніміз - қоспа атомының негізгі атомдар арасына енуі немесе тордағы негізгі атомның орнына орналасуы. Бірінші жағдайдағы қатты ерітіндіні ендірілген деп, ал екінші жағдайдағы қатты ерітіндіні орнын басу деп атайды. Бөгде атомдардың физикалық табиғаты және өлшемі кристалдың негізгі атомдарынан ерекшелігі болғандықтан, олардың кристалда болуы кристалл торларын өзгертеді, яғни құрылым кемшілігі пайда болады (1.10.-сурет).

---

1.10.-сурет

Қоспа атомдар қатты денелердің химиялық, оптикалық, магниттік және механикалық қасиеттеріне елеулі әсер етеді. Қоспа атомдар ток тасымалдайтын бөлшектерді эффективті шашырататын орталық болады, яғни қатты дененің электр кедергісін ұлғайтады, бұл кедергі абсолют ноль температурада да орын алады. Жартылай өткізгіш кристалдарда қоспа атомдар жаңа энергетикалық деңгейлерді тудырады, соның арқасында қоспа электр өткізгіштігі пайда болады.

Фонондар. Қатты денелердің атомдары үздіксіз тепе-теңдік орнының қасында (тор түйінінде) тербеліп тұрады (1.11.-сурет).



1.11.-сурет

Сондықтан тордың дәл периодтылығы бұзылады. Айта кету қажет, бұл тордың бұзылуын лездік деп түсіну керек. Орташа уақытта тордың периодтылығы сақталады, атомның тербелісі тек тор түйінін көмескілетеді. Атомдар арасында әсерлесу күші болғандықтан, атомдардың тербелісін еріксіз деп есептеуге болмайды: тепе-теңдік орнынан кез-келген атомның ауытқуы сол мерзімде басқа жанындағы атомдарға өтеді. Барлық кристалл (барлық атомдар) тербелісте болады. Сондықтан кристалдың әрбір атомы байланысқан жүйеде өте күрделі қозғалыста болады. Тербеліс теориясында мұндай күрделі қозғалысты 3N қарапайым, бір-біріне тәуелсіз және бір-бірімен әсерлеспейтін кристалда таралатын серпімді толқындардың (тербелістердің) қосындысы деп қарастырылады (N-кристал құрайтын атомдардың саны, 3N-атомдардың еркіндік дәреже саны). Бұл толқындарды кристалдардың элементар қозуы деп те жиі айтады. Әрбір элементар қозу белгілі мөлшерде энергияға және импульске ие. Сондықтан кристалдардағы элементар қозу белгілі мөлшерде энергияға және импульске ие. Сондықтан кристалдардағы элементар қозуды белгілі мөлшерде энергияға және импульске ие бір-бірімен әсерлеспейтін жалған бөлшектердің қозғалуына (қозған квантқа) теңестіруге болады. Мұны түсіндіру үшін мынадай ұқсастықты қарастырайық. Абсолют қара дененің қуысы тепе-теңдіктегі жылу сәулесімен толтырылған дейік. Кванттық көзқарас бойынша, бұл сәуле шығаруды энергияға және импульске ие жарық квантынан, яғни фотондардан құралған газ деп қарастыруға болады. Осы секілді кристалды толтыратын серпімді толқындардың өрісін

---

энергияға және импульске ие (-кристалда толқындардың таралу жылдамдығы) қозған кванттардан құралған газ деп қарастыруға болады. Жарық толқынының квантына, яғни фотонға ұқсас қатты денелердегі қозған квантты, дыбыс толқыны квантын фонон деп атайды.

Бұл көзқарас бойынша, қыздырылған қатты денені фонондық газбен толтырылған жәшікке ұқсастыруға болады. Бұл газдың энергиясы қатты дененің ішкі энергиясына тең. Температура жоғарылаған сайын концентрация және газдың энергиясы көтеріледі. Төменгі температурада бірінші рет Дебай көрсеткендей, энергияның өзгеруі, абсолют қара дененің сәуле шығару тығыздығы секілді (Стефан-Больцман заңы секілді ) температураның төртінші дәрежесіне пропорционал; ал жоғары температурада қатты дененің ішкі энергиясының (фононның энергиясы) өзгеруі температураның бірінші дәрежесіне, яғни Т-ға пропорционал.

Қатты денеде өтетін көптеген құбылыстарда фонондар үлкен роль атқарады. Мысалы өткізгіштіктегі ток тасымалдайтын бөлшектер концентрациясының тепе-теңдікке келуі олардың фонондармен әсерлесуінің арқасында болады; қоспасы жоқ өткізгіштіктердің электр кедергісін тудыратын ток тасымалдайтын бөлшектерді эффективті шашырататын фонондар болып есептеледі; фонондардың бірін-бірі шашыратуы қатты дене торларының жылу таралуға кедергісін тудырады, т.б.

Түйін аралық атомдар және вакансия (Френкель және Шотки ақаулары). Қатты денедегі атомдар арасында, газдардағы және сұйықтағы молекулалар арасындағы секілді энергияның таралуы бірдей мөлшерде болмайды. Кез-келген температурада кристалда атомның еркін дәрежесі бойынша энергияның тең таралуы заңына сәйкес атомның орташа энергия шамасынан энергиясы көптеген есе көп немесе көптеген есе кіші болуы мүмкін. Әрбір уақыт мерзімінде энергиясы үлкен атомдар өзінің тепе-теңдік орнынан (тор түйінінен) тек елеулі ауытқумен шектелмей, қасындағы атомдар тудыратын потенциалдық тосқауылдан өтіп, жаңа орынға яғни жаңа ұяшықа орналасуы мүмкін. Мұндай атомдар өзінің тор түйінінен кетіп, кристалдың ішкі қуысына (атомдар аралығына) конденсациялану мүмкіндігіне ие болады (1.12.-сурет).

---

1.12.-сурет

Бұл процестің арқасында вакантты түйіннің (вакансияның, тесіктің) және түйінаралық атомның (дислокацияланған атомның) пайда болуына алып келеді. Тордағы мұндай ақау түрін Френкель бойынша пайда болу ақауы деп атайды (1.12.-сурет).

Тор аралығындағы атом және пайда болған вакансия бір орында локализацияланбайды, олар кристалл торларында диффузияланады.

Дислокацияланған атомның диффузиясы бір атом аралықтан екінші атом аралыққа өту арқылы болады, ал вакансияның диффузиясы бос тор түйіні қасындағы түйіндегі атомның өтуі арқылы болады (1.12.-сурет); бірінші вакантты орынға екінші атом өтіп, оның орнына үшінші атом өтеді. Сонымен бос орын, яғни вакансия үшінші орында болады, тағы сол сияқты вакансияның диффузиясы жалғаса береді.

Ішкі буланудан басқа толық немесе жартылай атом кристалл бетінен буланады. Толық булану болғанда атом кристалл бетін тастап буға айналады (1.13. а-сурет).



1.13. - сурет

Ал жартылай булануда атом кристалл бетінен бір қабат жоғары бетке өтеді, бұл (1.13. б-сурет) жерде атом жаңа орында бұрынғы бес жақын орналасқан атомдардың орнына (сол жақтағы, оң жақтағы, алдындағы, артындағы және астындағы) тек бір астындағы жақын орналасқан атом оны ұстап тұрады. Егер Е мен жақын орналасқан бір атоммен байланысқан энергияны белгілесек, онда толық булану болу үшін 5Е энергия керек екен, ал жартылай булануға 4Е қажет екен. Осыған байланысты жартылай буланудың ықтималдылығы толық булану ықтималдығынан жоғары. Ішкі булануға одан да көп (5Е-ден) энергия қажет, себебі жақын орналасқан 6 атоммен байланысты үзу керек болады. Сондықтан ішкі буланудың ықтималдылығы толық буланудың ықтималдылығынан да төмен болады. Кристалл бетінде толық және жартылай атом буланса, кристалл бетінде вакансия пайда болады. Бос орынға кристалл ішіндегі атом орналасса, вакансия кристалл ішіне енеді және вакансия кристалл көлеміне диффузияланады. Бұл вакансияға дислокацияланған атомды (түйін арасына енген) салыстыруға болмайды, себебі вакансияның пайда болуы сол мезгілде түйін аралығына атомның енуімен байланысты емес. Вакансияның мұндай түрде пайда болуын (вакансияның кристалл бетінен көлем ішіне тартылуы) Шотки ақауы деп атайды.

---

Осы сияқты бос вакансияның пайда болуы секілді «ішкі буланудың» арқасында дислоцирленген атомның кристалл бетінде пайда болуы мүмкін, яғни кристалл бетінен атомның түйін аралығына өтіп, ары қарай кристалл көлеміне енуі мүмкін. Кристалдағы ақаулардың тепе-теңдіктегі концентрациясы температураға тәуелді, себебі температура өскен сайын атомдардың қасындағы жақын орналасқан атомдармен байланысын үзу мүмкіндігіне ие атомдардың саны өсіп ақаудың пайда болу мүмкіндігін көбейтеді. Классикалық статистикаға қарағанда ондай атомдардың саны -ға пропорционал, мұндағы Е_Д - ақаулардың пайда болу энергиясы. Олай болса, ақаулардың концентрациясы да -ға пропорционал. Дәлірек, статистикалық есептерге қарағанда, Шотки ақаулары басқа ақаулар түрінен артық болғанда, Шотки ақауларының санын мына қатынаспен анықтауға болатынын көрсетеді:

(1.7)

мұндағы N-кристалдағы жалпы атомдардың саны, Ғ-шамамен 10³-10⁴ тең және температураға байланысты баяу өзгеретін фактор. Е_Д – вакансияның пайда болу энергиясы, шамамен Е_Д1-22В; Т=300К болғанда, кТ=12В деп есептегенде вакансияның салыстырмалы концентрациясы: N_Д/N10^-12_. Т=600К болғанда 10^-3_ дейін өседі, ал Т=900К болғанда 1 дейін болады. Кристалдың балқу температурасына жақындағанда вакансия концентрациясы осы 1 шамасында болады.

Френкель және Шотки ақаулары кристалдардағы көптеген өтетін процестерге үлкен әсерін тигізеді. Вакансиялар электр тогын тасымалдайтын бөлшектерді шашырататын орталығы болып есептеледі, олар (вакансиялар) ток тасымалдайтын бөлшектердің қозғалу мүмкіндігін төмендетеді. Сонымен қатар олар ток тасымалдаудың көзі де болуы мүмкін, яғни донор және акцептор рольдерін атқаруы мүмкін (негізінде ақаулар акцептордың ролін атқарады).

Ақаулар кристалдың оптикалық, магниттік, механикалық және термодинамикалық қасиеттерін қатты өзгертеді, әсіресе жұқа жартылай өткізгіш пленкалардың және ұсақ кристалды үлгілердің қасиеттерін қатты өзгертеді.

Химиялық элементтердің кристалдық құрылымдары

Қатты күйдегі химиялық элементтер ішкі ретті құрылымды кристалдық денелерді құрайды. Кристалл құрылымының түрін негізінен құрылым бөлшектердің (атомдар, иондар, молекулалар) арасындағы байланыс күшінің түрі (характері) анықтайды. Бұл бөлшектер арасында 4 негізгі байланыс болғандықтан 4 типті кристалл торын құрайды: ионды немесе координационды тор, бұл торда атомдар арасындағы негізгі

---

Смотрите также файлы

• В управление социальной политики 10 от.docx

• Контрольный тест 1 v 1 Основные положения и принципы обеспечения техносферной безопасности. 1.pdf

• Келдібай Атолын Райханызы.docx

• Задачи дипломной работы.docx

• 1 Вариант 1,4,7,8,11. 2.docx