ISSN:
2181-3906
2024
International scientifijournal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 4 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
1054
KRISTALL QATTI DENELERDEGI NUQSANLAR. NOQATLIQ NUQSANLAR
Kuralbaev Jamshid Rashid ulı
Berdaq atińdagi Qaraqalpaq Màmleketlik Universiteti
Magistratura bólimi teoriyaliq fizika bağdari 1-kurs student
https://doi.org/10.5281/zenodo.11065355
Anotatsiya.
Kristall deneler kúndelik turmıs, islep shıǵarıw, ilim hám sanaatda keń
kólemde qollanılıwı,
kristall qattı denelerdegi nuqsanlar. Noqatlıq nuqsanlar.
Gilt sóz:
Kristall, noqatlıq nuqsanlar,
mikro nuqsanlar,
ideal kristallar.
DEFECTS IN CRYSTALLINE SOLIDS. POINT DEFECTS
Abstract.
Crystal bodies are widely used in everyday life, production, science and art,
defects in crystalline solids. Point defects.
Key words:
Crystal, point defects, micro defects, ideal crystals.
ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ
Аннотация.
Кристаллические тела широко используются в быту, производстве,
науке и искусстве, дефекты кристаллических тел. Точечные дефекты.
Ключевые слова:
Кристалл, точечные дефекты, микродефекты, идеальные
кристаллы.
Qattı kristall dene hár dayım tártiplesken, yaǵnıy atomlardıń dáwirlik jaylasıwında hesh
qanday buzılıw bolmaǵan dene dep qaraladı. Biraq atomlar terbeliwi bunnan xabarsız edi.
Biraq haqıyqıy kristallarda hámme waqıt kristall pánjeresiniń bir az muǵdarda
kemshilikleri bar. Dáslep makro hám mikro nuqsanların parıqlaw lazım. Makronuqsanlar
mikroskopta ańsat kórinedi. Bunday makro nuqsanlarǵa mısallarmetall quymalardaǵı gewekler,
darzlar, basqada zatlar qospalardıń úyindileri, polikristalldıń dánesheleri-ayırım kristall sharlardıń
kórinbe shegaralarıdur. Elektronlar mikroskopiyasınıń payda bolıwı sanap ótilgen nuqsanları bir
az ólshemli bolǵanda da baqlaw imkanıń beredi.
Mikronuqsanlarǵa yaki atomlar ólsheminde qaralatuǵın nuqsanlardan úsh ólshemnen
(x,y,z) hesh bolmaǵanda bir kristall pánjeresiniń
𝑎
= 0,2 ÷ 0,5
𝑛𝑚
dawir menen salıstırıwshı
bolǵan nuqsanlar say boladı. Ayrım kórinistegi nuqsanlardı úyreniwden aldın haqıyqıy kristalldı
nuqsanlarsız (ideal) kristalldan parıqlanıwshı ulıwma belgilerin úyreneyik.
Ideal kristallarda atomlar qatań dáwirlik jaylasqanlıǵı aqıbetinde kristall ishinde dáwirlik
elektrlik maydan keltirilgen boladı. Kristallardıń dáwirlik ishki elektr maydanlarınıń hár qanday
buzılıw nuqsanı boladı. Nuqsanlarǵa mısal retinde basqa atom qospasınıń kristall atomı ornına
jaylasıp alıwı hám kristall atomınıń ornınan ketiwi vakanciya (bos orın) payda bolıwın keltiriw
múmkin.
Eger kristalldaǵı nuqsanlar az bolsa, bul jaǵdayda olar bir-birinen bir az muǵdarda joqarıda
jaylasqan, yaǵnıy kristall pánjeresi nuqsanları ulıwmalasqan boladı. Bunda kristall ishindegi elektr
maydanı tek ǵana nuqsan átirapında ǵana buzıladı, basqasha aytqanda kristalldıń dáwirli V
potencialına nuqsan jaqınında V’ qosımsha potencial qosıladı, tolıq potencial V=V+V’ boladı.
Sonıń ushın da tek usı tarawda bolǵan elektronlardıń energetik halatları ózgeredi, bul bolsa
ideal qattı dene elektronları energiya zonalarına qosımsha ulıwmalasqan energetikalıq halatları
ISSN:
2181-3906
2024
International scientifijournal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 4 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
1055
payda bolıwına alıp keledi. Bunday ulıwmalıq halatlar sanı N nuqsanlar sanına teń, yaki eger bir
nuqsan bir neshe halatta bola alsa, ulıwmalıq halatlar sanı nuqsanlar sanınan úlken boladı.
Ulıwmalıq energetikalıq qáddiler hám dielektrikler elektronları qadaǵan etilgen
energiyalar zonası bolǵan energetikalıq spektrge iye. Álbette bunday kristallarda ulıwmalıq
energetikalıq halatlar ruxsat etilgen zonalarǵa túsiwi múmkin. Eger olar ótkiziwsheńlik zonasında
jaylassa, olardı rezonans qáddileri, eger olar valent zonasında jaylassa, olar antiy rezonans
qáddileri delinedi. Bul halatlardaǵı nuqsanlarǵa tiyisli elektronlar olar menen baylanısın joytadı
hám ulıwmalasqan zona elektronları qatarına qosıladı.
Biraq kóp halatlarda nuqsanlar qáddilerde jaylasqan elektronlar nuqsanlarına baylanıslı
qalıwı múmkin, olar tek jıllılıq háreketi yaki basqa energiya deregi esabınan óz nuqsanların ajıratıp
jiberiw-aktivlestiriw múmkin. Nuqsanlarǵa barlıq elektronlar elektr ótkiziwsheńlikte qatnasa
almaydı. Bunday nuqsanlarǵa elektronlar ushın qáddiler ótkizgishtiń belgilenbegen zonasında
jaylasqan boladı.
Ótkiziwsheńlik zonasına elektronlar bere alatuǵın nuqsanlardı danalar delinedi, quramında
danalar bolǵan yarım ótkizgishlerde bolsa elektron ótkiziwsheńlikli yarım ótkizgishler yaki n-túr
yarım ótkizgishler delinedi. Sáykes ráwishte yarım ótkizgishlerdiń ótkiziwsheńlik zonasındaǵı
elektronlar qosıw menen baylanıslıi elektr ótkiziwsheńlik elektron ótkiziwsheńlik yaki n-tur
ótkiziwsheńlik delinedi.
Eger kristalldı qızdırǵanda elektron valent zonadan nuqsanlar qáddilerine óte alsa, bul
jaǵdayda valent zonada háreketsheń oń zaryadlı gewekler payda boladı, gewek elektr
ótkiziwsheńlik payda boladı. Elektronlardı ózine qabıl etiwshi nuqsanlar akceptorlar dep atalǵan,
quramında akceptorlar bolǵan yarım ótkizgishti bolsa yaki gewek ótkiziwsheńlikli yarım ótkizgish
yaki p-tur yarım ótkizgish delinedi.
Nuqsanlardı klasslarǵa ajıratıw kristall maydannıń kemis tárepinen buzılıwı ólshemlerge
tiykarlanǵan:
a) noqatlı nuqsanlar-olarǵa ólshemleri x<a, y<a, z<a bolǵan nuqsanlar sıyaqlı, bunda a
kristall pánjereniń turaqlısı;
b) sızıqlı (bir ólshemli) nuqsanlar, eki baǵdardada olardıń ólshemleri kishi (<a) hám
úshinshi baǵdarda ólshemi hár qansha bolıwı (>>a) múmkin;
c) tegis (eki ólshemli) nuqsanlar, olardıń bir baǵdarda ólshemi kishi;
d) kólemli (úsh ólshemli) nuqsanlar, olardıń bazıları makro nuqsanlarǵa baylanıslı boladı.
Bul ólshemler boyınsha klasslarǵa bir neshe birdey yaki hár qıylı ápiwayı nuqsanlardıń
birikpesinen ibarat quramalı nuqsanlardı kiritiw múmkin.
Kópshilik jaǵdaylarda valentligi menen ayrılatuǵın qosımta atomları vakansiyalardıń
payda bolıwına alıp keledi. Bunday jaǵday KCl kristallarına Ca atomların kirgizgende orın aladı.
Bunday jaǵdayda kristal neytrallıǵın saqlaydı hám eki valentli kalciy atomı bir kaliy
atomınıń ornın almastıradı, al kaliy atomı turatuǵın orın bos orınǵa aylanadı .
Qattı denelerdegi diffuziyanı házirgi waqıtları «tamǵa salınǵan» atomlar usılın paydalanıp
effektivli túrde úyrenedi. Bunday izertlewlerde zatlardıń betine radioaktivli «tamǵa salınǵan»
atomlar «otırǵızıladı». Bunnan keyin alınǵan úlgi berilgen temperaturada «tamaǵa salınǵan»
atomlardıń 0,3-1 mm tereńlikke ótetuǵınday waqıt ishinde uslap turıladı. Bunnan keyin úlginiń
aktivligi ólshenedi. Bul qatlam ısqılap tegislew jolı menen joq etilgennen keyin aktivlik qaytadan
ISSN:
2181-3906
2024
International scientifijournal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 4 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
1056
ólshenedi. Bunday operaciyalardı bir neshe ret qaytalaydı. Usınday jollar menen «tamǵa salınǵan»
atomlardıń ótiwiniń ortasha tereńligi hám berilgen temperaturadaǵı D diffuziya koefficientin
esaplaydı. Hár qıylı temperaturalarda tájiriybeler seriyasın ótkeriw jolı menen (12) formuladaǵı
D0 menen Eɑ parametrleriniń mánisleri anıqlanadı. (3) hám (4) formulalar jáne maǵlıwmatlar
járdeminde hár qıylı temperaturalardaǵı atomlardıń kóshiw jiyiliklerin bahalaw múmkin. Mısalı
alfa- temirde 1800 K temperaturada uglerod atomı 1 sekundta 1011 ret kóshedi.
Bólme temperaturasında bolsa onlaǵan sekundta 1 ret kóshedi. Solay etip diffuziya
sezilerliktey orındı balqıw temperaturasına jaqın temperaturalarda iye bola aladı eken. Nikel
yamasa xromnıń bólme temperaturalarında temirde derlik ótpeytuǵınlıǵın belgili. Biraq 1000-1300
K temperaturalarda bul process ádewir tezlenedi.
Sonıń ushın temirde islengen buyımlardıń betine qozǵawshı nikel` yamasa xrom qatlamı
joqarı temperaturalarda diffuziya járdeminde payda etedi eken. Yarım ótkizgishke hár qanday
aralaspaları kirgiziw (legirovanie poluprovodnika, yarım ótkizgishti legiruy) ushın qısqa waqıtlar
ishinde qızdırıwlar integrallıq sxemalardı alıw ushın qollanıladı: shańlandırıw jolı menen yarım
ótkizgishtiń betiniń belgili bir uchastkalarına túsirilgen aralaspalardı (legirlewshi aralaspalardı) bir
neshe júz gradusqa qızdırıw jolı menen diffuziyalaydı hám onı legirleydi. Nátiyjede kristallda p
hám n tipindegi yarım ótkizgishlerdiń quramalı oblastları payda boladı.
Nuqsanlardıń tıǵızlıǵı kem-kemnen kishireyedi. Bul qubılıs túyinler arasında turǵan
atomlardıń vakansiyalarǵa ótiwiniń (bunı nuqsanlardiń rekombinaciyası dep ataydı) yamasa
nuqsanlardıń kristalldıń betine yamasa kristalldaǵı dánesheler arasındaǵı shegaraǵa ótiwiniń
saldarınan júzege keledi. Ayırım jaǵdaylarda noqatlıq nuqsanlar bolǵan qosımta toparlasadı hám
jańa kristallıq faza oblastların payda etedi. Bul processlerdiń barlıǵı da nuqsanlardıń emleniwi dep
ataladı.
Noqatlıq nuqsanlardıń elektr ótkizgishlikke tásiri. Eger zonalıq teoriya tiykarında
esaplawlar ótkerilse haqıyqıy kristallardıń elektr ótkizgishligi ideal kristall-dielektriktiń elektr
ótkizgishliginen ádewir joqarı bolıp shıǵadı. Bul jaǵday tómendegidey eki sebepke baylanıslı:
Birinshiden donorlıq hám akceptorlıq qosımtalar dielektriktiń elektr ótkizgishligin
joqarılatadı (tap yarım ótkizgishlerdegi sıyaqlı).
Ekinshiden ionlıq kristallardaǵı vakansiyalardıń tusınan ionlardıń zaryadtı alıp júriwiniń
jeńilleniwi menen baylanıslı. Eger 3 vakansiyada oń zaryadlanǵan ionnıń turıwı kerek bolǵan
bolsa hám ol E elektr maydanında jaylasqan bolsa, onda bul vakansiyaǵa oń zaryadlanǵan ionnıń
baǵıtında sekirip ótiwiniń itimallıǵı E ge qarama-qarsı baǵıtta sekirip ótiwiniń itimallıǵınan joqarı
boladı. Oń zaryadlanǵan ionlar ortasha sırtqı elektr maydanınıń baǵıtında qozǵaladı hám elektr
ótkizgishlikke tásir etedi. Tap sol sıyaqlı teris zaryadlanǵan ionǵa E baǵıtında qozǵalǵanǵa
qaraǵanda E niń keri baǵıtında qozǵalǵan utımlıraq. Sonıń ushın teris zaryadlanǵan ionlardıń
bagıtına qarama-qarsı baǵıtta qozǵaladı hám elektr ótkizgishlikke óziniń úlesin qosadı.
Eki jaǵdayda da vakansiya kristall boyınsha orın almastırıp zaryadtıń kóshiwin
támiyinleydi. Biraq haqıyqatında zaryadtı ionlar tasıydı hám olar (oń hám teris zaryadlanǵan
ionlar) vakansiyalardıń átirapında hár qıylı bolıp toparlasadı. Bunday jaǵdaylarda zaryadtı
kóshiriwdiń vakansiyalıq mexanizmi haqqında gáp ketedi (biz tómende yarım ótkizgishlerdiń
elektr ótkizgishliginiń geweklerdiń mexanizmi haqqında gáp etemiz). Bunday mexanizm boyınsha
ISSN:
2181-3906
2024
International scientifijournal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 4 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
1057
zaryadlardı kóshiriw ushın ádewir kishi potenciallıq barerden ótiwdi talap etedi. Al elektrondı
ionnan ionǵa ótkeriw ushın úlken potenciallıq barerden ótiw kerek boladı.
Noqatlıq nuqsanlardıń kristallardıń reńine tásiri. Qosımta atomlar kristallardıń reńin
ózgertedi. Mısalı almastırıw qosımtaları (primesi zamesheniya) bolǵan xrom ionları Al2O3
kristallarınıń qızıl reńin támiyinleydi (rubin kristallı alınadı), al Al2O3 kristallarına kirgizilgen
titan ionları olarǵa kók reń beredi (sapfir kristallı alınadı).
Noqatlıq nuqsanlardı úyreniw usılları. Kólem birligindegi vakansiyalardıń sanın anıqlaw
ushın ádette tómendegidey eki nátiyje salıstırılıp kóriledi: birinshisi rentgenografiyalıq usıllardıń
járdeminde alınǵan pánjere parametriniń dál mánisi, ekinshisi zattıń tıǵızlıǵın dál anıqlaw
(kristalldıń massasınıń kólemine qatnasınıń shamasın dál anıqlaw).
Vakansiyalardıń kristallıq pánjereniń parametrin azmaz ǵana, biraq kristalldıń kólemin
sezilerliktey ózgertetuǵınlıǵı belgili. Usınday jollar menen joqarı emes dállikte kristaldıń kólem
birligindegi túyinler arasındaǵı atomlardıń sanın anıqlaw múmkin. Sebebi túyinler arasında
jaylasqan atomlar zattıń tıǵızlıǵın ádewir úlkeytedi, al kristallıq pánjereniń parametriniń shamasın
az shamaǵa ózgertedi.
Eger kristallda vakansiyalar da, túyinler arasında jaylasqan atomlar da bar bolatuǵın bolsa,
onda joqarıda bayanlanǵan usıldıń járdeminde kristalldıń kólem birligindegi vakansiyalar sanı
menen túyinler arasındaǵı atomlar sanınıń ayırmasın bahalawǵa boladı. Al Frenkel boyınsha
nuqsanlardıń tıǵızlıǵın qarap ótilgen usıldıń járdeminde anıqlaw múmkin emes.
Joqarıda qarap ótilgen elektr qarsılıǵı menen diffuziyanı ólshew, sonıń menen birge hár
qıylı elektromagnit nurlarınıń jutılıw koefficientleriniń mánisin ólshew kristallardaǵı noqatlıq
nuqsanlardı úyreniwge múmkinshilik beredi.
Qattı denelerde kólemlik nuqsanlar ólshemler bárshe úsh fazalıq baǵdarında pánjere dáwiri
a dan úlken bolǵan nuqsanlar. Olar mánisi qattı dene dúzilisiniń makroskopik buzılıwları bolıp
tabıladı. Kólemlik nuqsanlarǵa yaki deneniń pútinin kólemin, yaki onıń ayrım bólimlerin iyelegen
kólem >>a3 bolǵan elastikalıq kúshleniwlerge tiyisli. Makronuqsanlar mikronuqsanlardıń
birlesiwi nátiyjesinde payda bolıwı belgili. Biz aldın elastikalıq kúshleniwler dislikaciyalar payda
bolıwınan derek ekenligin bildiredi. Makrokúshleniwler kristall pánjereniń atomlar aralıqtıń
ózgeriwinen payda boladı.
Qattı denelerdi alıwda makrokúshleniwler payda bolıwına temperaturanıń dene kóleminde
birdey bolmaslıǵı úlken úles qosadı. Bunday makrokúshleniwlerdi termoelastik kúshleniwler
delinedi. Qattı denede onı tayarlaw yaki oǵan termoislew beriwde temperaturanıń bólistiriliwi
𝛿𝑇
𝛿𝑡
=
𝑘
𝑐𝜌
∆
𝑇
. Bul jıllılıq ótkiziwsheńlik teńlemesi (k-salıstırmalı jıllılıq ótkiziwsheńlik
koefficienti, cdeneniń jıllılıq sıyımlılıǵı,
𝜌
−
𝑡𝚤
ǵ
𝚤𝑧𝑙𝚤
ǵ
𝚤
).
REFERENCES
1.
Киттель Ч. Введение физика твёрдого тела. Москва, «Физ. мат.гиз.», 1993г.
2.
Жданов Г.С. Физика твёрдого тела. Москва, МГУ, 1988г.
3.
Бушманов Б.Н. Хромов Ю.А. Физика твёрдого тела. Москва, «Высчая школа»,
1971г.
4.
К.Бектурганов, А.А. Блистанов, М.П.Шаскольская. Физика твёрдого тела. Т.13.
С.1036. 1974г.
ISSN:
2181-3906
2024
International scientifijournal
«MODERN SCIENCE АND RESEARCH»
VOLUME 3 / ISSUE 4 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
1058
5.
К.Бектурганов. Автореферат кандидатского дисс. МИСиС 1974г.
6.
М.И.Абаев, Ю.Н.Толпаров. Физика твёрдого тела. Т.12. С.2492. 1970г.
7.
А.А.Блистанов, А.Н.Павлов, М.П.Шаскольская. Физика твёрдого тела. Т.13. С.1901.
1971г.
