Поверхневі дефекти — це грані кристалів, границі блоків, доменів, зерен чи домішкових фаз у кристалах.

Об'ємні дефекти - це пустоти, включення домішкових фаз та інші макро-скопічні утворення в кристалах.

Атомні дефекти пов'язані зі зміною способу заповнення вузлів кристалічної решітки і є наслідком зміни її структури. Цим вони відрізняються від фононних та електронних дефектів, які не пов'язані зі зміною структури кристалічної решітки.

Найпростішим типом атомних дефектів є вакансії. Вакансії в кристалах простих речовин є наслідком процесу переходу атомів з регулярних вузлів кристалічної решітки на поверхню кристала АА + VS = VA + AS або в міжвузля АА +VІ = VA + AІ. У першому випадку в кристалі утворюється поодинока вакан-сія Va, а в другому - парний дефект типу Va+Аі. Можливість утворення вакансії в окремих вузлах кристалічної решітки за певних умов, зокрема при кімнатній температурі, пов'язана з тим, що дійсна реальна енергія якогось конкретного атому не дорівнює середній енергії всіх атомів системи. При температурі Т>0 К у кристалі існують атоми, енергія яких набагато більша від енергії решти ато-мів, а для деяких - її величина достатня для того, щоб атом міг покинути регу-лярний вузол решітки.

Утворення вакансій в одному з вузлів кристалічної решітки викликає відпові-дне зміщення і сусідніх атомів з їхніх ідеальних положень у кристалічній решітці (рис. 1.1) Викривлення решітки при цьому може досягати до десяти міжатомних відстаней у кристалі. Існуючий вакантний вузол кристалічної решітки може бути зайнятий сусіднім атомом з утворенням при цьому вакансії на новому місці.

Рис. 1.1. Вакансія в кристалічній решітці простої речовини і зміщення сусідніх атомів

Тобто вакансії здатні стрибкоподібно переміщуватися в кристалі. Унаслі-док переміщення в кристалі вакансії можуть об'єднуватися в більші недоско-налості або зникати за умови виходу їх на поверхню кристала.

Число вакансій (n), що утворюються в простому кристалі за певної темпертури (T) за рахунок переходу атомів на поверхню кристала буде:

(1.1)

де N- загальна кількість атомів у кристалі;

- енергія утворення однієї вакансії;

- коефіцієнт, що враховує фактор ентропії, ;

k -стала Больцмана.

Атоми в міжвузлях aбo атоми вкорінення, як термодинамічне рівноважні дефекти кристалічної решітки утворюються за рахунок локальних теплових збуджень атомної структури кристала. Механізм їх утворення полягає в пе-реході атому з поверхні кристала в пустоти між вузлами (рис. 1.2, а) або за рахунок переходу в пустоти між вузлами атомів, що містяться в регулярних вузлах кристалічної решітки (рис. 1.3, б). У другому випадку утворюється подвійний дефект типу Va + АІ. У кристалічних решітках з великими атомни-ми відстанями, що мають значні за розміром пустоти між вузлами, дефекти типу атомів у міжвузлях утворюються набагато легше, ніж у решітках з неве-ликими міжатомними відстанями.

Рис. 1.2. Схема утворення дефектів типу атомів у міжвузлі: а - за рахунок переходу атома з по-верхні в пустоти між вузлами; б - з регулярного вузла решітки.

Атоми в міжвузлях, як і вакансії, утворюють навколо себе ділянку викрив-лення кристалічної решітки (рис. 1.3).

Рис 1.3. Атом у міжвузлі кристалічної решітки простої речовини та зміщення при цьому сусідніх атомів.

Тобто вакансії та атоми в міжвузлях можна лише умовно відносити до точкових атомних дефектів, оскільки вони деформують кристалічну решітку навколо себе на досить значній відстані. За рахунок теплових збуджень ато-ми в міжвузлях здатні переміщуватись у сусідні пустоти між вузлами. Якщо в процесі переміщення атом у кристалі зустрічається з вакансією, то відбува-ється їхнє зникнення.

Отже, обидва типи точкових дефектів весь час знаходяться у русі. Одно-часно відбувається постійне їх зникнення та зародження. Тобто точкові атомні дефекти перебувають у стані термодинамічної рівноваги з кристаліч-ною решіткою.

Число атомів у міжвузлях, що виникають за схемою "перехід атому з по-верхні в пустоти між вузлами" (рис. 1.2, а) дорівнює

(1.2)

де - енергія вкорінення одного атома в пустоту між вузлами [1].

1.1.1.1. Дефекти за Шотткі

У 1930-1935 pp. К. Вагнер та В. Шотткі пропонують такі можливі моделі невпорядкованості в іонних кристалах:*

катіон та аніон у міжвузлях;*

вакансії в катіонній та аніонній решітці.

У подальшому перша з наведених моделей невпорядкованості отримала назву дефектів за Анти-Шотткі, а друга - дефектів за Шотткі. Пряме екс-периментальне підтвердження другої моделі дефектів за Шотткі було отримано через декілька десятиліть. Жодного випадку невпорядкованості в іонних крис-талах за схемою "катіон і аніон" у міжвузлях до цього часу не виявлено [2].

Отже, дефекти за Шотткі є основним реально існуючим типом точкових атомних дефектів в іонних кристалах. Дефекти за Шотткі, що є комбінацією однакової кількості катіонних та аніонних вакансій (), не порушують співвідношення компонентів у складі кристала, тобто вони належать до стехіометричних дефектів, а присутність їх у реальному кристалі обов'язкова з термодинамічних причин.

Схему утворення дефектів в іонних кристалах бінарного типу AB можна зобразити як переміщення еквівалентної кількості катіонів А+ та аніонів В- з рівноважних положень у вузлах кристалічної решітки на поверхню кристала, у кристалічній решітці при цьому виникає відповідна кількість катіонних і ані-онних вакансій і (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Дефекти за Шотткі кристала NaCI: |- катіонні та аніонні вакансії - ?? вакансійна пара

Вакансії, які утворюються в іонних кристалах типу AB, несуть певний елект-ричний заряд. Так, катіонна вакансія, за рахунок наявності нескомпенсованих негативних зарядів на аніонах В-, що її оточують, несе ефективний негативний заряд . Відповідно аніонна вакансія має ефективний позитивний заряд . Взаємодія вакансій з протилежними зарядами призводить