Если кристалл содержит винтовую дислокацию, то его рост происходит путем присоединения атом к торцу ступени, оканчивающейся на дислокации (рисунок 4а). В результате кристаллический слой растет, непрерывно накручиваясь сам на себя (рисунок 4б,в). В этом случае заметная скорость роста кристалла наблюдается уже при малых отклонениях от равновесия (скорость роста пропорциональна квадрату переохлаждения).
а
б
в а – рост кристаллов на винтовой дислокации;
б – форма ступеней при спиральном росте;
в – спиральный рост на грани (100) синтетического алмаза
В случае бездислокационного кристалла отложению каждого нового слоя должно предшествовать его зарождение. При малых отклонениях от равновесия как в случае зародышевого, так и в случае дислокационного механизма скорость роста кристалла увеличивается с переохлаждением линейно.
Ступени, расходящиеся по граням от дислокаций (возникающих на уколах, царапинах и др.), а при больших пересыщениях и от вершин кристалла, образуют остроконечные холмики роста. Поверхность растущей грани целиком состоит из них. Склоны холмиков отклонены от грани на углы порядка нескольких градусов, причем тем меньше, чем меньше пересыщение (см. ниже на стр. 30 понятие «виницаль»).
Из расплава кристалла (например, большинства металлов) часто растут не ограненными, а округлыми. Округлые поверхности растут не послойно (тангенциально), а нормально, когда присоединение новых частиц к кристаллу происходит практически в любой точки его поверхности. Поверхности кристаллов, растущих послойно, атомно-гладкие. Это означает, что основная масса возможных атомных положений в слое занята (рисунок 5).
1 – в торце ступени; 2 – на ступени; 3 – в изломе; 4 – на поверхности;
5 – в поверхностном слое кристалла;
6 – двухмерный зародыш на атомно-гладкой грани
Рисунок 5 – Характерные положения атома на атомно-гладкой поверхности кристалла со ступенями
Поверхности, растущие нормально, шероховатые. На них число вакансий и адсорбированных атомов соизмеримо с полным числом возможных атомных положений (рисунок 6). Переход от атомно-гладких к шероховатым поверхностям должен иметь характер фазового перехода. Такой переход происходит, в частности, при изменении состава системы. Атомно-шероховатые поверхности, а часто и торцы ступеней на атомно-гладких поверхностях содержат множество изломов. На изломах атомы могут переходить в кристаллическую фазу поодиночке, не объединяясь в агрегаты и поэтому, не преодолевая связанных с этой коллективностью потенциальных барьеров. Рост шероховатой поверхности и ступеней обусловлен главным образом скоростью присоединения отдельных частиц к изломам. В результате скорости роста шероховатых поверхностей почти одинаковы во всех направлениях и форма растущего кристалла округлая; кристаллы с атомно-гладкими поверхностями растут послойно и образуют многогранники.
Рисунок 6 – Атомно-шероховатая поверхность
Заполнение каждого нового атомного места в кристалле происходит не сразу, а после многочисленных «проб и ошибок» – присоединений и отрывов атомов или молекул. Характерное число попыток на одно «прочное» присоединение тем больше, чем меньше отклонение от равновесия. Вероятность появления неравновесных дефектов при кристаллизации по этой причине падает с ростом числа попыток, то есть с уменьшением пересыщения. В растворах и парах частицы диффундируют к изломам из объема и по растущей поверхности. Состояние адсорбции – промежуточное при переходе из объема пересыщенной среды в объем кристалла. Скорость роста кристалла из растворов определяется степенью легкости отделения строительной частицы от молекулы или от ионов растворителя и пристройки их к изломам. Скорость роста из расплавов обусловлена легкостью изменения относительных положений соседних частиц жидкости.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.