Возможные  механизмы  диффузии  в  твердых телах

June 11, 2013 by admin Комментировать »

Для совершения элементарного акта диффузии атом должен преодолеть энергетический барьер, величина которого определяется энергией активации диффузии Q. Последняя зависит от прочности связи атомов в кристаллической решетке вещества. В зависимости от конкретного механизма диффузии Q по порядку величины может составить от долей до нескольких эВ.

Средняя тепловая энергия колеблющихся атомов kT  в зависимости от температуры составляет ∼0.025–0.2 эВ. Для того, чтобы диффузия стала возможной, нужна флуктуация энергии, превышающая Q. Вероятность элементарного акта диффузии, то есть частота перескоков, следовательно, зависит от вероятности таких флуктуаций.

При обычных тепловых колебаниях относительно положения равновесия атом ν раз в секунду «сталкивается» с потенциальным барьером. Большую часть времени энергия атома мала для преодоления барьера, но иногда его энергия благодаря флуктуации может оказаться больше энергии активации (Eфл. > Q) и атом преодолевает барьер. Относительное время, в течение которого атом обладает такой энергией, пропорционально exp(−Q/kT) согласно статистике Больцмана. Следует также учесть, что атом в кристаллической решетке может с равной вероятностью перейти в любое из Z равноценных мест в ближайшей координационной сфере (Z — множитель, зависящий от геометрии элементарной ячейки кристалла). С учетом этого общая частота прыжков f, совершаемых с исходной позиции, за счет флуктуаций энергии в расчете на один атом будет равна

f = Zν exp(−Q/kT).                                   (8.7)

Каков же детальный механизм отдельных атомных прыжков? Единого универсального механизма диффузионных перемещений для всех материалов и условий нет. Эти механизмы зависят от природы химических связей, типа и компактности решетки, природы диффундирующей примеси, температуры диффузии и других факторов. В некоторых веществах диффузионные перемещения могут происходить по нескольким механизмам одновременно или с изменением условий диффузии может меняться и ее механизм. Наиболее вероятны следующие механизмы диффузии: междоузельный (перемещение атомов по междоузлиям), вакансионный (перемещение атомов по вакансиям), кольцевой или обменный (прямой обмен местами между атомами) и диссоциативный. Рассмотрим эти механизмы более подробно.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты