Аморфные полупроводники, диэлектрики и металлы

В настоящее время аморфные полупроводники подразделяют на три группы.

1. Аморфные твердые тела с тетраэдрическими связями, такие как кремний, германий, соединения A^IIIB^V Эти полупроводники в аморфном состоянии нельзя получить путем охлаждения рас­плава. Их получают обычно в виде тонких пленок с помощью раз­личных методов осаждения и конденсации. Их свойства в значи­тельной степени подобны свойствам кристаллических аналогов.

2. Халькогенидные стекла - некристаллические вещества, со­держащие атомы халькогенов (серы, селена, теллура), получаю­щиеся в результате охлаждения расплава. Они в основном нечув- ствительны к примесям, обладают симметричными вольт-ампер­ными характеристиками, претерпевают различные структурные изменения.

3. Стекла, основным компонентом которых являются элементы V группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. По свойствам они занимают промежуточное положение между пер­вой и второй группами.

Аморфные диэлектрики, стекла и керамика имеют перспек­тивное будущее. В списке 20 наивысших научных достижений че­ловеческой цивилизации по докладу Н.Армстронга в Националь­ной Инженерной Академии США в каждом пункте присутствуют стеклянные, стеклоподобные и керамические материалы (и дале­ко не на последнем месте). Более 22 % мировых патентов выдают­ся именно в области этих материалов. В США объем производства новых керамических материалов составляет всего 1,5 %, а по сто­имости - 18 % от стоимости поставок всех материалов, что пре­вышает 100 млрд долл.

Если интерес к аморфным диэлектрикам носит ошеломляющий характер, то интерес к новому классу материалов - аморфным ме­таллам, называемым также металлическими стеклами, носит харак­тер уже патологический. Создана прогрессивная технология получе­ния аморфных металлов, в основе которой лежит быстрое (со ско­ростью больше 10⁶ К/с) охлаждение тонкой струи расплавленного металла. Формирование аморфных слоев облегчается, если к металлу добавляется некоторое количество примесей. Еще более благоприят­ные условия для получения металлического стекла создаются при осаждении сплавов «металл - металл» и «металл - металлоид». По­лученные таким путем металлические стекла обладают интересны­ми свойствами, обусловленными их атомной структурой.

Эксперименты, проведенные в последнее время, дают право предполагать, что в аморфном металле существует распределение атомов без каких-либо разрывов типа границ зерен и точечных дефектов, характерных для кристаллов. В металлическом стекле существует хаотическое непрерывное распределение сферических частиц, характеризующееся плотной упаковкой. Координацион­ные числа в большинстве случаев оказываются равными 12, т. е. они больше, чем для жидких металлов.

При нагревании в аморфных металлах происходят структурные изменения. В отличие от обычных оксидных стекол, которые при нагреве размягчаются и переходят в расплав, а при охлаждении расплава вновь образуется стекло, металлические стекла при повы­шении температуры кристаллизуются. Особенности атомной струк­туры металлических стекол, приводящие к отсутствию в них таких дефектов, как дислокации, границы зерен и других, обусловлива­ют очень высокие прочность и износостойкость. Предел прочности аморфных сплавов на основе железа существенно больше, чем наиболее прочных сталей. Металлические аморфные сплавы обла­дают очень высокой коррозионной стойкостью, особенно сплавы железа и никеля, содержащие хром. По электропроводности аморф­ные металлы ближе к жидким металлам, чем к кристаллическим. Отсутствие дальнего порядка в металлических стеклах обусловли­вает малую длину свободного пробега, соизмеримую с межатом­ным расстоянием. Следствием этого являются повышенное удель­ное сопротивление и слабая зависимость его от температуры.

Поиск по сайту: