Понятие кристаллической решетки

Вещество в окружающем нас трехмерном мире может нахо­диться в четырех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газо­образном и в виде плазмы. Согласно классическому определению в твердом состоянии вещество с трудом изменяет объем и форму (ничтожно мало сжимается и деформируется); в жидком состоя­нии - с трудом изменяет объем, но легко изменяет форму (нич­тожно мало сжимается, но легко деформируется); в газообразном состоянии - легко изменяет и объем, и форму. В этих трех состо­яниях химическая целостность и индивидуальность атомов сохра­няются. В плазменном состоянии атомы полностью ионизованы и химическую индивидуальность утрачивают.

С точки зрения микроэлектроники наиболее интересным и пер­спективным является твердое агрегатное состояние вещества, по­скольку даже теоретики пока не додумались делать жидкие или газообразные микросхемы, не говоря уже о плазменных. Все твер­дые тела подразделяются на две неравные группы: кристалличе­ские и аморфные. Существует также небольшая группа соедине­ний, имеющих свойства аморфных и кристаллических веществ и получившая название аморфно-кристаллических. К этой группе относятся, например, ситаллы.

До недавнего времени было принято считать, что только кри­cтaлличecкaя структура может называться твердым телом. К концу второго тысячелетия выяснилось, что кристаллическая структу­ра - не самый распространенный и далеко не самый интересный тип твердого тела. Однако рассмотрим ее первой. Кристаллы- это вещества, в которых составляющие их частицы (атомы, молеку­лы) расположены строго периодически, образуя геометрически закономерную кристаллическую структуру. Каждое кристалличе­ское вещество отличается от других кристаллических веществ по его атомной структуре. Приведем определение Вульфа: «кристал­лом называется тело, ограниченное в силу своих внутренних свойств плоскими поверхностями - гранями». Все кристаллы в отношении хотя бы некоторых свойств являются анизотропны­ми, т. е. их свойства зависят от направления в кристалле. Кристал­лические твердые вещества встречаются в виде отдельных оди­ночных кристаллов - монокристаллов - и в виде поликристаллов, представляющих собой скопления беспорядочно ориентиро­ванных мелких кристалликов - кристаллитов, или зерен.

Как показывают рентгеноструктурные и электронно-микроско­пические исследования, реальные монокристаллы редко имеют идеальное строение. Обычно они имеют мозаичную структуру. Весь монокристалл в этом случае разбит на так называемые блоки мо­заики, размером около микрона каждый. Эти блоки слегка разо­риентированы друг относительно друга. Еще большая разориенти­рованность наблюдается в поликристаллах. Каждый блок мозаики имеет почти идеальную структуру, но блоки расположены не в один ряд, а повернуты друг относительно друга на углы от не­скольких минут до нескольких градусов.

Особенностью строения кристаллических веществ является наличие корреляции во взаимном расположении атомов (моле­кул) на расстояниях больших, чем средние межатомные расстоя ­ния, - это так называемая упорядоченность дальнего порядка. Такая корреляция обусловлена равновесием многих сил или процессов, возникающих при взаимодействии атомов. В состоянии равнове­сия атомы (молекулы) располагаются упорядоченно, образуя регу­лярную симметричную однородную структуру.

Наука о кристаллах и их строении называется кристаллографи­ей,которая подразделяется на геометрическую кристаллографию, физическую кристаллографию, кристаллохимию и т.д. Кристал­лографические термины являются производными от греческих слов: «монос» - один; «ди» - два; «три» - три; «тетра» - четыре; «пен­та» - пять; «гекса» - шесть; «окта» - восемь; «додека» - двенад­цать; «полю> - много; «эдра» - грань; «гонос» - угол.

В структурной кристаллографии в понятие однородности, учи­тывающее дискретное строение кристалла из частиц одного или разных сортов, вкладывается определенный смысл. Кристалл на­зывается однородным, если для любой точки, взятой внутри него, найдется точка, совершенно идентичная по свойствам первой и отстоящая от нее на некотором конечном расстоянии. Как следует из экспериментов, для кристаллов неорганических веществ это расстояние составляет несколько нанометров.

Исходя из определения однородности и учитывая атомную дискретную структуру, можно показать, что идентичные точки, именуемые узлами, связанные с первоначальной, произвольно выбранной точкой тремя некомпланарными векторами переноса, или трансляциями, образуют трехмерную кристаллическую ре­шетку, охватывающую все пространство кристалла. Так решетку назвали потому, что идентичные точки кристалла можно соеди­нить трехмерной сеткой из прямых линий. Следует различать по­нятия «структура кристалла» и «пространственная решетка». Струк­тура кристалла - это физическая реальность. Когда говорят о струк­туре кристалла, то имеют в виду конкретное расположение частиц в кристаллическом пространстве. Пространственная решетка, основная роль которой сводится к размножению идентичных то­чек, не обязательно материальных, является лишь геометриче­ским построением, помогающим выявить законы симметрии струк­туры кристалла.

Поиск по сайту: