Электроника

КРИСТАЛЛЫ (от греч. krystallos, буквально — лад; позднее — горный хрусталь, кристалл), твердые тела, обладающие трёхмерной периодич. пространств- структурой в расположении образующих их частиц (атомов, ионов, молекул). Образуются и растут чаще всего из жидкой фазы (р-ра или расплава), реже — из газовой или при фазовом превращении в твёрдой фаэе (см. Кристаллизация). Одиночные крупные К. чаз. монокристаллами, а сростки мелких кристаллов — поликристаллами. Особый класс К. составляют жидкие кристаллы. К., выращенные в равновесных условиях, имеют форму правильных многогранников; таковы природные К. минералов, а также синтетич. К., выращенные в лабораторных или в заводских условиях. Выращивание К- в неравновесных условиях приводит к раз л. отклонениям формы К- от правильного многогранника (напр., к округлости граней, рёбер). При определённых условиях образуются пластинчатые (двумерные) и нитевидные (одномерные) К.; это используется в технике для получения К. в виде стержней, лент, трубок, волокон и т п. Самые крупные природные К. (напр., горный хрусталь) весят неск. сотен кг. Среди синтетических выделяются щёлочно-гало-идные К., выращенные по методу Бриджмена; их масса достигает неск. десятков кг. Самые крупные К. кремния, выращенные в виде стержня, имеют дивм. до 200 мм, дл. до I м. Самые тонкие К. в виде сплошных моно-крист. плёнок имеют толщину ~-10 нм; такого же порядка дивм. самых тонких нитевидных К. Внеш. вид нек-рых К- — природных и синтетических-—приведен на рис I—6. Кристаллическая структура. Полное описание пространств-расположения ч-ц в идеальном К. можно дать на основе представления об элементарной ячейке кристаллической решётки. В элементарной ячейке крист. структуры ч-цы занимают строго фиксир. позиции, находясь на определённых расстояниях друг от друга. В результате взаимодействия эл-иов внеш. оболочек атомов в К. между атомами возникает хим. связь. По типу хим. связи различают четыре осн. группы крист. структур и соответствующих им К : ионные (гетерополяриые), ковалентные (гомеополярные), молекулярные и металлические. В ионных крист структурах преобладает ионный (электростатич.) характер связи между атомами, возникающей в результате перехода (смещения) эл-ноа от одного атома к другому. Ионная связь имеет место в К., напр., состоящих из однозарядных ионов [каменная соль (рис. 7) и др. га логе ни ды щелочных металлов]. В ковалеитных крист. структурах валентные эл-ны соседних «томое обобществляются, образуя кратные (двойные, тройные) связи между атомами. Примеры ковалеитных К. — алмаз (рис. В), кремний, карборунд. В молекулярных крист. структурах между атомами в молекуле имеет место прочная, обычно ковалент-ная, связь, а сами молекулы связаны между собой очень слабо (атомы соседних молекул а эаимо действу ют за счёт более слабых   ван-дер-ваальсовых  сил,   имеющих  дипольдипольное и дисперсионное происхождение). Молекулярный тип связи характерен для большинства органич. соединений. Hi, N2 и др., а также для инертных газов в крист. состоянии. В металлических крист. структурах свободные эл-ны распределяются по всей крист. решётке, образуя т н. электронный газ, к-рый удерживает положительно эаряженные ионы на определённых расстояниях друг от друга. Металлич. крист. структуры характерны для металлов и интерметаллич. соединений. Примеры К с  металлич   крист   структурой — медь,  магний,  а-железо.
Известна ещё одна разновидность хим. связи — т. н. водородная связь. Она образуется между атомами водорода, входящими в ковалентные группировки NH* или ОН, и атомами N, О, F и S. Во мн. К. связь иосит смешанный характер. Напр., в Ge и GaAs она в основном коввлентная, но с примесью ионной и металлической, в корунде — ионно-коаалентная. К. с одинаковым типом крист. структуры наз. изоструктурными. Структурный тип К. обычно именуют по названию одного из в-в, обладающего данной крист структурой. Структуры типа ал маза, каменной соли, сфалерита (рис. 9), халькопирита (рис. 10), аюрцита присущи большинству ПП материалов, структуры типа пероаскита — сегнетоэлектрикам, орто-ферритвм и т. д. Характер хим. связи проявляется в мвкро-скопич. св-ввх К. Наибольшую твёрдость и прочность имеют ковалентные и ионно-ковалеитные К., наименьшую — молекулярные К. органич. соединений. Ионные К. являются диэлектриками, ковалентные — диэлектриками или полупроводниками, металлические — проводниками. Ионные и ковалентные К. прозрачны в видимой и ИК областях спектра и имеют наибольший показатель преломления, металлические — непрозрачны. В реальных К. вследствие нарушения условий роста и захвата примесей при кристаллизации, а также под влиянием раэл. рода внеш. воздействий крист. структура имеет те или иные дефекты — примеси, вакансии, дислокации и др. (см. Дефекты кристаллов).
Структура К. определяется дифракц. методами исследования. К ним относятся рентгеноструктуриый анализ, электроно- и нейтронография.
Физические свойства К. Применение К.  1пектронной технике. Все физ. ся-еа К. — электрич., магн., опткч., акустич., механические и др. — связаны между собой и обусловлены крист структурой, силами связи между атомами м энергетич. спектром эл-нов (см. Зонная теория). Напр, электрич., магн. и оптич. са-вв существенно зависят от распределения эл-нов по уровням энергии. Мн св-ва К. (прочность и пластичность, окраска, люминесцентные са-еа и др.) определяются не только указанными факторами, но и кол-вом и типом дефектов. Наиболее характерная особенность К. — зависимость большинства их физ. св-в от направления (анизотропия).