ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ АЛМАЗА Николаева К.Н.,Федотова М.А.

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова


Номер: 4-3
Год: 2014
Страницы: 90-92
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

алмаз, кристаллическая решетка, дефекты, вакансии, diamonds, crystal matrix, defects, vacancy

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной статье рассматриваются основные дефекты кристаллической решетки алмаза и их влияние на свойства кристалла.

Текст научной статьи

В процессе зарождения и роста кристаллов множество факторов приводит к нарушению расположения частиц в кристаллической решетке. Отклонения от закона построения идеального кристалла порождают дефекты [1]. Их качество и количество зависят от природы кристалла, от условий, при которых происходил его рост. В начале XX столетия стал быстро возрастать интерес к природе и свойствам дефектов, что связано, в первую очередь, с попытками получения совершенных кристаллов, используемых в науке и технике. Примесные атомы, фазовые выделения и другие особенности реальной структуры кристалла алмаза определяют все явления пластичности и прочности кристаллов. Дефекты кристаллической решетки алмаза делятся на линейные (точечные дефекты, дислокации) , двумерные (границы двойников, дефекты упаковки) и объемные (скопления вакансий, пузырьки, зоны роста) [4].В кристаллах алмаза дефекты вызывают искажения структуры, являющиеся причиной появления внутренних напряжений. Дефекты могут оказывать влияние и на внешний облик кристаллов. Двойникование, дефекты упаковки и объемные дефекты существенно влияют на идеальную октаэдрическую форму кристалла алмаза, и как следствие влияют на механические и оптические свойства. Поэтому структурные дефекты и свойства, на которые они влияют, следует рассматривать в совокупности [1,4]. Известно, что примеси играют большую роль в образовании дефектных центров в структуре кристаллов. В алмазах зафиксировано присутствие значительного количества элементов-примесей. Установлено, что основной примесью, создающей большое количество дефектных центров, является азот. По сравнению со всеми другими примесями характер дефектов, образуемых азотом, и влияние их на свойства алмазов выяснены наиболее определенно. После установления в алмазах значительных концентраций азота было сделано предположение [1], что этот элемент образует пластинчатые сегрегации, обусловливающие экстраотражения. Существование пластинчатых сегрегации (platelets) в алмазах было установлено с помощью электронной микроскопии [7]. Был сделан вывод, что пластинки, видимые на снимках, представляют собой сегрегированные атомы примесного азота, так как такого вида дефекты не были установлены в безазотных алмазах типа П. Этого мнения в настоящее время придерживаются большинство исследователей алмазов[3,4]. Многие исследователи считают, что пластинчатые сегрегации азота являются преимущественной формой нахождения азота в алмазах vr [2,4] связывают с ними группу линий А (480, 1100, 1212, 1282 см-1). Однако [3] было установлено, что интенсивность экстраотражений, вызываемых пластинчатыми сегрегациями азота, не находится в прямо пропорциональной зависимости от основного количества азота, присутствующего в алмазах. Было выявлено, что интенсивность экстраотражений коррелируется с полосой поглощения с главной линией 1370 см-1 и с двумя полосами с максимумами при 2834 и 2668 Ǻ в УФ-области. На основании этого был сделан вывод, что пластинчатые образования не являются основной формой нахождения азота в алмазах и представляют собой дефектный центр, ответственный только за поглощение группы линий В2 (330, 1370, 1430 см-1) в ИК-области, а также указанные полосы поглощения в УФ-области. Было высказано предположение, что азот может образовывать в структуре алмаза дефект в форме ассоциации трех атомов и более [1,4]. Предполагается, что одиночные атомы азота, а также ассоциация двух атомов этого элемента в комбинации с дислокациями образуют дефектные центры, которые влияют на ЭПР-спектры, поглощение в УФ, ИК и видимой областях, а также на появление определенных систем линий (НЗ, Н4 и S1) в спектрах фотолюминесценции. В работе [1] показано состояние вопроса об азотных центрах в структуре алмазов. Из этой работы видно, насколько еще различны представления исследователей и как трудно в большинстве случаев сделать определенный вывод о строении азотных центров и их влиянии на физические свойства алмаза . Примеси других элементов, несомненно, являются ответственными за появление дефектных центров в структуре алмаза, но характер этих дефектов и влияние их на свойства кристаллов для большинства примесей, установленных в алмазах, точно не выявлены. Некоторые предположения сделаны в отношении алюминия, кремния, бора и водорода. Возможность замещения в структуре алмаза углерода алюминием и другими элементами III группы периодической системы анализировалась [5]. О роли других элементов-примесей, установленных в алмазах: Na, Mg, P, Ca, Sc, Ti, Cr, Мл, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zr, La, Lu, Pt, Аи, Ag и Pb, ничего определенного еще не выяснено о характере вхождения их в решетку алмаза, создаваемых дефектах и влиянии их на свойства алмазов. В литературе детально описано проявление дефектного центра в свойствах алмаза, представленного нейтральной вакансией вне связи с какими-либо элементами-примесями [1,6]. Этот дефект в алмазах создается путем облучения их кристаллов электронами, нейтронами и другими частицами. В природных алмазах структурный дефект этого типа фиксируется в поверхностной зоне кристаллов, пигментированных зелеными и бурыми пятнами. Исследование распределения примесных центров по объему кристаллов алмаза показало, что в одном и том же кристалле присутствуют, как правило, разные центры в различных концентрациях, причем для некоторых из них характерно зональное распределение [4]. Дефекты, присутствующие в кристаллах всегда, существенно влияют на те, или иные физические свойства. Велико влияние точечных дефектов на электропроводность кристаллов. Движение заряженных точечных дефектов определяет ионную проводимость в кристаллах при наложении электрического поля. Подвижность дислокаций определяет пластичность кристаллов, скопления дислокаций вызывают появление внутренних напряжений и разрушение кристалла. Объемные дефекты также снижают пластичность, прочность, ухудшают электрические и оптические свойства кристаллов. электрические свойства полупроводников почти полностью определяются примесями, наиболее высокой проводимостью обладают кристалла с наименьшим содержанием азота. Дефекты, их сочетания и концентрации сильно влияют и на окраску, как например, желтый цвет связан с примесью азота, в то время как коричневый в большей степени завит от дефектов кристаллической решетки. Алмазы с нейтральной вакансией часто имеют зеленую окраску, а с примесью бора - голубой цвет. Знание природы и распределения дефектов в кристаллах необходимо, поскольку они оказывают влияние на характеристики электронных приборов, воздействуют на пластичность и прочность кристаллов, на их электронную и ионную проводимость и диффузионные свойства и т.д.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.