Френкеля пара (Френкеля дефект) - дефект кристал-лич. структуры, состоящий из собственно межузелъного
атома и вакансии. Ф. п. возникают в кристалле при нагреве или облучении
потоком ядерных частиц (см. Радиационные дефекты ).При нагреве концентрация
Ф. п. определяется температурой Т:
где N, N' -концентрации
узлов и межузельных положений, v, v'- характерные частоты колебаний атомов
решётки при наличии Ф. п. и их отсутствии, Z-координационное число ,DE
- энергия, необходимая для смещения атома в междоузлие. Для полупроводников
если
смещение происходит адиабатически (время смещения tсм>>v-1).
При этом релаксация атомов, окружающих Ф. п., успевает произойти за tсм.
Если образование пары происходит неадиабатически (tсм<<v-1),
напр. при воздействии на кристалл быстрых ядерных частиц, то релаксация не успевает
произойти за время tсм и энергия 
значительно больше (для бинарных полупроводников 
, а для атомарных-десятки эВ).
После образования Ф. п.
между её компонентами существуют упругое взаимодействие, обусловленное деформацией
решётки, и кулоновское взаимодействие заряж. вакансий и межузельного атома или
иона. Знак и величина взаимодействий определяются расстоянием d между
компонентами Ф. п. и их зарядовыми состояниями. Если силы упругости вызывают
притяжение компонент, то в объёме кристалла появляется область (зона) неустойчивости,
в пределах к-рой Ф. п. спонтанно аннигилирует. Если меж-узельный атом оказывается
за пределами зоны неустойчивости и не способен мигрировать, то образуется мета-стабильная
Ф. п. Если межузельный атом может мигрировать, то пара либо аннигилирует, либо
разделится на свободные вакансию и межузельный атом. При облучении кристаллов
потоком ядерных частиц эффективность миграции и, следовательно, устойчивость
Ф. п. определяются не только температурой, но и уровнем возбуждения электронной
системы кристалла (интенсивностью облучения).
Если межузельный атом подвижен,
соотношение вероятностей аннигиляции и разделения компонентов пары определяется
расстоянием d между ними. Существуют зависящие от температуры упругий и кулоновский
радиусы rупр и rкул, определяемые равенством кинетич.
энергии межузельного атома и энергии упругого и кулоновского взаимодействий.
При d>rупр и d>rкул пара разделяется,
при обратном соотношении - аннигилирует.
После разделения компоненты
пары могут участвовать в квазихим. реакциях с примесными атомами и дефектами
др. типов, создавая стабильные комплексы (при этом примесные атомы могут терять
электрич. активность либо, напротив, входить в состав электрически активных
комплексов).
Экспериментально Ф. п.
наблюдались с помощью элек-тронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в
кристалле ZnSe, облучённом быстрыми электронами (1,5 МэВ) при 20,4 К. Были обнаружены
Ф. п. с разл. d (0,5-0,9 нм) и соответственно с разными температурами отжига
(100 К - 190 К). Зарядовые состояния компонентов пары: вакансия V-Zn,
межузельный атом Zn+. Для атомарных кристаллов Ф. п. обнаруживаются
только в n-Ge при облучении электронами или g-квантами с энергией ~ 1
МэВ и достаточно низкой температуре (напр., T=4,2 К). Пары стабильны до T=65
К после облучения электронами с энергией 1 МэВ и до T=55 К после облучения
g-квантами 
Различие в ср. расстоянии между компонентами обусловлено разницей в энергии
облучения. Энергетич. состояния в запрещённой зоне, наблюдающиеся в результате
облучения, принадлежат вакансиям. В кремнии метастабильные Ф. п. обнаружить
не удалось.
|
|
 |
