2. Дислокаційне розупорядкування в кристалах

Одновимірні (лінійні) дефекти описуються лініями, протяжність яких велика у порівнянні з міжатомними відстанями і в багатьох випадках досягають макроскопічної протяжності кристалів. Такими дефектами є крайові (рис. 1, а) та гвинтові (рис. 2) дислокації. У випадку крайової дислокації порушення правильної періодичності кристалічної ґратки досягається наявністю неповної атомної площини, яка пронизує тільки частину кристала; край цієї «зайвої» площини і являє собою дислокаційну лінію.

Крайові дислокації викликають наступі порушення ґратки:

1. Локальні поля пружних напруг навколо таких дислокацій, які приводять до зміни ширини забороненої зони (рис. 1, б). Якщо відстань між окремими дислокаціями більша за сталу ґратки, то має місце почергове уширення і звуження забороненої зони;

2. Порушені або ненасичені зв’язки і обумовлені ними просторові заряди та локальні рівні в забороненій зоні (рис. 1, б);

3. Області просторового заряду, які утворюються в напівпровідниках і оточують дислокацію у вигляді трубки просторового заряду.

В кристалі з випадковим розподілом дислокацій далекий топологічний порядок відсутній. Проте явне розупорядкування має місце тільки в ядрах дислокацій, а в довільній області, яка не пронизана лініями дислокацій, досить точно зберігається локальний кристалічний порядок. У теорії дислокаційного безпорядку головну роль відіграє здатність дислокації існувати як деяке квазістаціонарне утворення, яке існує в кристалі і переміщується в ньому як єдине ціле. Іншими словами, безпорядок вважається локалізованим в основному поблизу дислокаційних ліній, а слабо виражені колективні ефекти вважаються такими, що ними можна знехтувати.

До числа одновимірних дефектів відносяться також гвинтові дислокації, які наявні практично у всіх кристалах, вирощених із газової фази. Їх концентрація сильно залежить від умов одержання кристалів. В кристалах моно- і дихалькогенідів германія, концентрація гвинтових дислокацій може змінюватись від 10² до 10⁵ см^–2. Типовий вигляд гвинтових дислокацій на природних гранях кристалів GeS і GeSe₂ наведено на рис. 2. Спіральний виток, який утворюється при рості гвинтової дислокації, вважається сходинкою росту. У гвинтовій дислокації переважає деформація зсуву, тому атоми можуть бути представлені недеформованими кубиками, зміщеними один відносно одного (рис. 3, а). На рис. 3, б показана модель ідеальної гвинтової дислокації та її електронна зонна структура (рис. 3, в). Утворення гвинтової дислокації можна представити наступним чином. Зробимо у кристалі уявний розріз у вертикальній площині, заштрихованій на рис. 3, а і зсунемо ліву область вниз на одну міжатомну відстань. Дислокаційна лінія при цьому буде напрямлена по вертикалі (стрілка на рис. 3, а). При такій конфігурації атомні площини утворюють уздовж дислокаційної лінії свого роду «гвинтову драбину», чим і зумовлена назва такої дислокації.

Двовимірні (поверхневі) дефекти більш різноманітні, ніж одновимірні. Серед них найбільш важливе значення мають границі зерен з різною конфігурацією поверхонь у полікристалічних зразках та дефекти упаковки в шаруватих кристалах. Дефект упаковки можна створити різним способом: зсувом у площині щільної упаковки, видаленням або, навпаки, впровадженням однієї щільноупакованої площини тощо. Якщо у г.ц.к. ґратці видалити одну із площин В (або її частину) і наблизити уздовж нормалі дві половинки кристала, щоб виключити пустоту, яка утворилася, то одержимо чергування площин (рис. 4). При цьому також утворюється прошарок г.щ.у. ґратки у г.ц.к. ґратці. Такий дефект називають дефектом упаковки вилучення.

В гексагональній щільноупакованій ґратці недостатньо тільки видалити одну із щільноупакованих площин і зблизити уздовж нормалі дві половинки кристала, так як при цьому в сусіднє положення попадають однакові площини (АА і ВВ) і упаковка не одержується щільною. Необхідне ще тангенціальне зміщення однієї частини кристала по відношенню до іншої.

Поява дефекту упаковки не змінює ні числа ближніх сусідів, ні відстані до них. Але із-за зміни в розташуванні наступних шарів (не найближчих) у випадку шаруватих кристалів появляється одновимірне розупорядкування у напрямку перпендикулярному до шарів, що сильно відображається на анізотропії явищ переносу.