Поведение поверхностей скола щелочногалоидных кристаллов при воздействии электрического поля в области предплавильных температур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правахрукописи

МЕКСИЧЕВ Олег Александрович

ПОВЕДЕНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ СКОЛА ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ОБЛАСТИ ПРЕДПЛАВИЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Белгород 2004

Работа выполнена в Тамбовском государственном университете им. Г.Р. Державина

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Федоров В.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Насонов Н.Н.

кандидат физико-математических наук, доцент Тялина Л.Н.

Ведущая организация:

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Физический факультет

Защита состоится «14» октября 2004 г. в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д.212.015.04 при Белгородском государственном университете: 308007, г. Белгород, ул. Студенческая 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного университета.

Автореферат разослан «_/2__» Cjz.tr 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Савотченко СЕ.

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время рождаются и развиваются новые области техники и науки, базирующиеся на широком использовании своеобразных, а порой и уникальных свойств монокристаллов.

Широкое использование получили кристаллы, в которых проявляются различные эффекты: пьезоэффект, пьезооптический эффект, пироэффект, магнито-и электрострикция и др. Показано также, что в ЩГК, например, наблюдается явление магнитопластичности - увеличение подвижности дислокаций при воздействии относительно слабого магнитного поля. Особое значение в этом плане приобретают исследования, направленные на изучение отклика кристалла при комбинированном на него воздействии: механическое воздействие и магнитное или электрическое поле; рентгеновское облучение и ультразвук; и т.д. Поведение кристалла зачастую непредсказуемо.

Монокристаллы и изделия из них нередко эксплуатируются в экстремальных условиях: вибрации, низкие и высокие температуры, действие ионизирующего излучения и др. В связи с этим повышаются требования к качеству монокристаллических материалов и изделий из них, а также к установлению режимов их эксплуатации при которых обеспечивается надежность и долговечность работы устройства в целом.

Вместе с тем, расширяются всесторонние исследования кристаллов. Научный поиск путей целенаправленного изменения их свойств и получение новых веществ на их основе.

Эти и другие проблемы, связанные с использованием монокристаллов в науке и технике, а также исследования поведения их при комплексных воздействиях делают актуальными изыскания, направленные на изучение поведения поверхностей скола щелочногалоидных кристаллов, широко используемых в оптике, при воздействии на них электрических полей в области высоких температур.

Цель диссертационной работы — исследование поведения поверхностей скола щелочногалоидных кристаллов в области предплавильных температур при одновременном действии электрического поля, связанного с перераспределением и аккумуляцией заряда в поверхностных слоях и как следствие с изменением их физических свойств. При этом ставились следующие задачи:

1. Исследовать структуру и морфологию поверхностей скола ЩГК при термоэлектрическом воздействии в интервале температур примесной и собственной проводимости кристалла. Определить химический состав и кристаллографические параметры новообразований.

2. Исследовать состояние поверхностей скола, представляющих собой поверхности трещины и поверхности различных кристаллов как при нормальной, так и при параллельной ориентации электрического поля относительно исследуемых граней.

3. Оценить возможность залечивания несплошностей кристалла одновременным воздействием электрического поля и нагрева.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ ^ЬДИОТСКА

С. Некомург гг ОЭ

4. Определить механизм и динамику аккумуляции электрического заряда в поверхностных слоях кристалла в зависимости от их полярности и установить вклад наблюдаемых поверхностных эффектов в общую проводимость кристалла.

5. Предложить физическую модель, позволяющую в рамках представлений ионного кристалла с дефектами кристалла по Шоттки и Френкелю аналитически исследовать наблюдаемые эффекты и объяснять экспериментальные термоэлектрические зависимости.

Научная новизна.

1. Впервые обнаружены структурные и морфологические изменения состояния поверхностей скола ЩГК при термоэлектрическом воздействии, проявляющиеся в образовании на поверхностях желеобразного вещества преимущественно каплеобразной формы, находящегося в аморфно-кристаллическом состоянии и имеющем увеличенное межатомное расстояние в сравнении с исходным кристаллом.

2. Установлено, что накопление заряда в поверхностных слоях кристалла приводит к изменению его физических свойств за счет нарушения стехиометрии и является причиной возникновения «аккумуляторных» токов при замыкании поверхностей кристалла в цепь, на 5-6 порядков превышающих токи деполяризации.

3. Установлен механизм формирования заряда на поверхностях кристалла принципиально отличающийся для положительной и отрицательной полярностей и заключающийся в первом случае в накоплении междоузельных положительных ионов металла в решетке матрицы, а во втором за счет обеднения матрицы этими же ионами.

4. Установлено, что при термоэлектрическом воздействии на ЩГК имеет место залечивание трещин скола за счет процессов рекомбинационной кристаллизации. В случае разнородных кристаллов качество залечивания зависит от полярности соединяемых поверхностей и также сопровождается образованием новых щелочногалоидных соединений нестехиометрического состава.

5. Предложена физическая модель кристалла, имитирующая исследуемые процессы и адекватно отражающая наблюдаемые явления в кристаллической решетке, основными нарушениями которой выбраны примесные атомы и дефекты по Шоттки и Френкелю.

Практическая значимость.

1. Полученные в работе экспериментальные данные, свидетельствующие об изменении свойств физических свойств поверхностей скола ЩГК при термоэлектрическом воздействии, могут быть полезны при установлении режимов эксплуатации изделий оптики, работающих в условиях тепловых и электрических полей.

2. На основе термоэлектрического воздействия на кристалл может быть предложен способ, позволяющий достаточно качественно залечивать несплошности кристаллов, а обнаруженные при этом структурные и морфологические

изменения поверхности представляют самостоятельный научный интерес и могут способствовать более глубокому пониманию процессов на поверхностях кристалла и свойств самой поверхности.

3. Обнаруженное состояние кристалла с локализованным в поверхностных слоях зарядом при «замораживании» можно использовать в качестве источника постоянных электрических полей, а также источников «аккумуляторных» токов.

4. На основе полученных результатов возможна разработка способов и технологий получения разнородных щелочногалоидных кристаллов.

Апробация работы

Результаты исследований были представлены на следующих конференциях и семинарах: Nondestructive testing and computer simulations in materials science and engineering (С.-Петербург, 1998); XXXIV, XXXV, XXXVII Международных семинарах «Актуальные проблемы прочности» (1998-2001); II Всероссийской конференции молодых ученых «Физическая мезомеханика материалов» (Томск,

1999); 12 International Conference On The Strength Of Materials (Asilomar, USA,

2000); Международной конференции «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 2000); II и III Международных конференциях «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (Тамбов, 2000, 2003); Китайско-Российском симпозиуме «Новые материалы и технологии» (Пекин, КНР, 2001); V Международном семинаре «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева (Старая Русса, 2001); EPS-12: General Conference Trends in Physics (Будапешт, 2002); IV, V, VII, IX Державинских чтениях (Тамбов, 1999-2004);

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 27 работах. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и библиографического списка. Она изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 47 иллюстраций и 3 таблицы. Библиографический список содержит 137 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Воздействие на щелочногалоидные кристаллы электрическим полем в области предплавильных температур вызывает структурные и морфологические изменения поверхностей скола, связанные с накоплением в поверхностных слоях некомпенсированного заряда и приводит к изменению их физических свойств.

2. Механизм накопления заряда в поверхностных слоях зависящий от полярности поверхности, его аккумуляция и получение «аккумуляторных» токов на 5-6 порядков превышающих токи деполяризации при электретном эффекте.

3. Механизм восстановления сплошности кристалла за счет массопереноса более подвижными ионами металла приводящего к рекомбинационному росту кристаллов в несплошности, ограниченной плоскостями скола.

4. Активационные характеристики проводимости кристалла при термоэлектрическом воздействии за счет поверхностных токов, обусловленных движением некомпенсированных зарядов в слоях с иными физическими свойствами.

5. Термоэлектрическое воздействие на контактирующие поверхности разнородных кристаллов приводит к образованию, в зависимости от направления тока (полярности), новых щелочногалоидных соединений нестехиометрического состава и как следствие к различным прочностным характеристикам соединений.

6. Физическая модель кристалла в условиях термоэлектрического воздействия, базирующаяся на физических представлениях о состоянии кристалла с дефектами: примесными атомами, вакансиями, дефектами по Шоттки и Френкелю.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, научная новизна и практическая значимость работы, дано краткое описание результатов диссертации.

В первой главе приводится обзор литературы, отражающий современные представления о диэлектрических материалах. Дана характеристика твердым электролитам с учетом зонной теории. Приведена классификация дефектов кристаллических структур, где особое внимание уделено точечным дефектам, их термодинамике в двухкомпонентных стехиометрических структурах. Рассмотрены эффекты, наблюдаемые в диэлектриках, такие как электрострикция, пьезо- и пироэффект, сегнетоэлектричество. Более подробно описан электрет-ный эффект и миграционная поляризация. Освещены вопросы ионной проводимости кристаллических тел и электрического пробоя диэлектриков.

В заключение обзора сформулирована цель и поставлены задачи исследования.

Вторая глава диссертации посвящена исследованию структуры и морфологии поверхностей ЩГК при нагреве в электрическом поле.

2.1.Нагрев вэлектрическомполе, силовыелинии которого ориентированы перпендикулярно поверхности. Для экспериментов использовали монокристаллы LiF, №0, KC1 с размерами 20x8x2-3 мм. Содержание примесей от 10-3 до 10-2 вес.%. Образец размещался между электродами по схеме плоского конденсатора так, чтобы между одной гранью кристалла и электродом оставался воздушный зазор <1~ 0,1 мм.

На электроды подавалось стабилизированное постоянное напряжение ий = 400 В. Напряженность поля в воздушном зазоре между свободной поверхностью образца и электродом не превышала Е = 3,9-Ю6 В/м. Плотность тока достигала значений) « 0,8 -г- 1,3 А/м*. Опыты проводились в температурном интервале 293 - 1023 К. Скорость нагрева составляла ~200 К/ч. После нагрева до заданной температуры, электрическое поле отключалось, и кристалл остывал до

комнатной температуры со скоростью ~50 К/ч. Обработанные образцы подвергались химическому травлению, исследованиям на микротвердость. Были проведены масс-спектроскопические и рентгеноструктурные исследования.

Во всех опытах, на исследуемой свободной поверхности {100} образцов появлялись желеобразные сферические образования - «капли» (рис. 1). Первоначальное зарождение «капель» начинается на участках поверхности содержащих неоднородности. Области поверхности кристалла выходящие за пределы электродов не претерпевают видимых изменений. Отдельные «капли» имеют характерные размеры 3-50 мкм. Выявлена связь между размерами новообразований и величиной плотности тока - j. «Капли» с размерами 1-3 мкм наблюдались при плотности тока j ~ 0,015 А/м2, размерам 3-30 мкм соответствовалаj~ 0,2 А/м\ 30 + 50 мкм —j~

0,5 А/м2. При плотности тока j > 0,5 А/м2 наблюдались следующие варианты дальнейшего развития «капель». В одном случае отмечено их слияние в более крупные образования. В другом - «капли» имеют размеры 1- З мкм, а вся поверхность кристалла (подвергавшаяся воздействию поля) между ними покрыта тонким слоем желеобразного вещества.

На всех исследуемых образцах появление «капель» сопровождается образованием лунок, кристаллографической ориентации на исследуемой поверхности под «каплями». В результате вылеживания (более 30 - 60 суток) при комнатной температуре, в веществе новообразований наблюдается появление твердой кристаллической фазы.

При химическом травлении образцов LiF в насыщенном водном растворе FeCl3 ямки травления на исследуемой поверхности не проявлялись, тогда как на поверхности свежего скола, перпендикулярного обработанной поверхности, плотность ямок травления не отличалась от ростовой 105 см'2).

Были проведены исследования обработанных поверхностей кристаллов методом микроиндентирования на установке ПМТ-3 с индентором Виккерса нагрузками 0,05 - 0,5 Н. Воздействие индентором в центры «капель» нагрузками 0,05 - 0,1 Н не приводило к видимым изменениям в них - имело место обратимое изменение формы «капель». При нагрузках 0,2 - 0,5 Н вещество новообразований либо растекалось по деформированной области, либо разделялось на более мелкие части. Индентирование поверхности на участках свободных от «капель» показало, что при малых нагрузках (0,05 - 0,1 Н) отпечаток от инден-тора в течение 30 — 60 с затекает желеобразным веществом и принимает округлую форму или исчезает совсем. С увеличением нагрузки - отпечаток со временем принимает форму квадрата с закругленными углами. Значения микротвердости обработанных и необработанных поверхностей образцов эквивалентны.

Масс-спектрографические исследования поверхностей обработанных кристаллов показали, что вещество «капель» отличается от химического состава исходного кристалла наличием примесей (Н, С, О, Б, М^, А1, 81, К, Са, Т1, Сг, Мп, Бе, N1). В основном, стабильно регистрируются матричные элементы и ионы, попавшие на поверхность из воздушной среды.

Рентгеноструктурный анализ обработанных образцов показал наличие структурных изменений на поверхностях, подвергшихся обработке. Рентгенограммы снимались непосредственно с вещества «капель». В веществе новообразований в результате термоэлектрического воздействия происходит частичная аморфизация. На дифрактограммах, для всех образцов, наряду с аморфным гало присутствуют кристаллические рефлексы. У всех образцов отмечено смещение кристаллических рефлексов от их положений в идеальном кристалле. По положению рефлексов оценено межатомное расстояние. Так для обработанного ЫБ межатомное расстояние в случаях положительно и отрицательно заряженных поверхностей составляет с1= 2,065 А и </ = 2,072 А соответственно (табличное значение с1 = 2,015 А). Аналогичные результаты получены для кристаллов №С1 и КС1.

2.2. Нагреввэлектрическом поле, силовые линии которого ориентированы параллельно поверхности. В опытах использовались монокристаллы ЫБ и №С1 размерами 20x10x5 мм с искусственно введенной макротрещиной. Образец размещался между цилиндрическими электродами, изготовленными из нихрома. Плоскость трещины перпендикулярна плоскости электродов. В первой серии опытов вершина трещины находилась между электродами. Во второй серии - между электродами была середина трещины. К электродам подводилось постоянное напряжение 1}о = 400 В. Напряженность внешнего электрического поля составляла £в = 8-104 В/м. Установка размещалась в печи. Опыты проводили в температурном интервале 293 - 893 К. Скорость нагрева ~ 200 К/ч. После нагрева поле отключалось, и образец остывал вместе с печью.

В температурном интервале примесной проводимости (Т < 823 К) поверхности, ограничивающие полость трещины по плоскости (001), видимых изменений не претерпевали. В температурном интервале собственной проводимости (Т > 823 К) трещина, расположенная между электродами, залечивалась. Выяв лена связь между временем воздействия, темпе ратурой и качеством залечивания. При времени воздействия I » 3,5 ч и температуре Т = 893 К площадь восстановленной части трещины, расположенной между электродами, достигала практически 100%.

При частичном восстановлении сплошности на поверхностях, ограничивающих незалеченные участки трещины, наблюдались изменения, аналогичные описанным в п.2.1. - «капли» желеобразного вещества. На по-

верхности скола, перпендикулярного плоскости трещины, вдоль ее русла, рядом с участками не восстановившейся сплошности, также наблюдали «капли» (рис. 2).

2.3. Поведениенесплошностей, ограниченныхповерхностями скола ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле. Исследовались пары свеже выколотых кристаллов №аС1:№аС1, LiF:NaQ и LiF:LiF помещенные между электродами, параллельными плоскости контакта кристаллов. Опыты проводили в температурном интервале 293 - 903 К. Скорость нагрева не превышала 200 К в час. На электроды подавалось постоянное напряжение С/« = 400 В. Плотность тока через образцы достигала] и 300 А/м2.

После термоэлектрического воздействия были получены «спаянные» между собой монокристаллы и №аС1, названые «бикристаллами». Далее приняты следующие обозначения: «LiF+» - кристалл LiF соединен с положительным полюсом источника тока, №С1 с отрицательным; «ПБ-» - противоположная полярность. Прочность соединения на разрыв составляет: 83 кПа для полярности LiF+ и LiF- соответственно.

Исследования поверхностей, полученных после скола или разрыва бикри-сталлов, с помощью оптического микроскопа показали, что в случае полярности LiF+ на поверхностях кристаллов №аС1, контактировавших с LiF, обнаруживалось большое количество микротрещин в плоскостях первичной спайности. Устья трещин находились в плоскости №аС1, контактирующей с кристаллом LiF, а их вершины были расположены внутри образца №аС1 и не достигали противоположной грани кристалла. Во всех опытах с полярностью LiF- такого явления не наблюдалось.

Для всех разнородных контактирующих пар, независимо от полярности, в зоне контакта наблюдали образование желеобразного веществам виде отдельных «островков», соединенных тонкими рукавами или в виде крупных криволинейных полос. При полярности LiF- желеобразного вещества значительно меньше и оно локализовано в более мелкие образования

Обнаруженные явления объясняются диффузией ионов металла в электрическом поле в обоих кристаллах. Нагрев увеличивает скорость диффузии. В результате, в полость несплошности сублимируют положительно заряженные ионы, тогда как на свободной поверхности кристалла, соединенного с отрицательным полюсом, образуется объемный отрицательный заряд за счет оттока от нее ионов металла. Силы электростатического отталкивания и внешнее электрическое поле приводят к испарению ионов галоида в полость несплошности, что сопровождается «растворением» поверхности. Следовательно, можно предположить, что в поверхностных слоях и полости несплошности из газовой фазы образуются новые вещества — LiQ в случае полярности LiF+, и NaF в случае LiF-, которые являются связующим звеном между монокристаллами №аС1 и LiF. Различия в величине разрывающих напряжений связаны с различными свойствами новообразованных веществ.

Т.о., комплексное термоэлектрическое воздействие на разнородные ЩГК

приводит к образованию бикристалла с прочной связью между исходными образцами. Эта связь осуществляется за счет роста нового монокристалла в полости несплошности. Новый монокристалл образуется в процессе рекомбина-ционной кристаллизации. Существование желеобразного вещества в зоне контакта обусловлено нестехиометрией соединений LiCl и NaF.

2.4. Поведение поверхностей внутреннего скола ЩГКв электрическом поле при одновременном нагреве. Исследованы поверхности, ограничивающие полость введенной в кристалл по плоскости (001) макротрещины и поверхности, ограничивающие пространство между наложенными друг на друга половинами расколотого образца при нагреве в электрическом поле. Напряженность электрического поля между поверхностями составляла 1,6-106 й Е0 ^ 1,3-107 В/м. Плотность ионного тока достигала ~ 30 А/м2. Время варьировали от 1,5 мин. до 7 часов.

В температурном интервале примесной проводимости (Г < 823 К) и при малом времени обработки (2 — 10 мин) локальные изменения противоположных поверхностей скола проявлялись в виде дислокационных розеток, расположенных напротив друг друга. При нагреве кристаллов без электрического поля розеток не наблюдали. При больших временах обработки (0,5 - 1,5 час) происходит размытие розеток. В температурном интервале собственной проводимости (Г > 823 К) наблюдали образование локальных дендритообразных наростов с размерами 4,4-Ю'2 -=- 3-Ю*1 мм. Во всех случаях наслоения появлялись на положительно заряженных поверхностях в местах существования дислокационных розеток, форма наростов соответствует форме розеток, на которых они образуются (рис.3). Достигнув противоположной отрицательно заряженной поверхности, нарост образует перемычку, соединяющую берега скола. В этих участках наблюдается восстановление сплошности.

Обнаруженные явления связаны с возникновением в локальных областях эмиссионного ионного тока. Образование кристаллических наслоений объясняется механизмами, описанными в п.2.3. Однако, соединение, образующееся в несплошности, имеет стехиометрический состав, вследствие однородности поверхностей.

Третья глава посвящена исследованию электрических параметров в процессе воздействия на ионные кристаллы нагрева и электрического поля.

Рис. 3. Соответствие форм дислокационных розеток (а) и монокри ¡ггаллических наростов (б), 1лР (10"3 вес. %) б - нетравлена; поверхность_

3.1. Линии напряженности электрического поля ориентированы нормально поверхности. При проведении опытов, описанных в п. 2.1, производились измерения плотности тока - ](Г), напряженности электрического поля в зазоре между свободной поверхностью образца и электродом - Е(Т), поверхностной плотности заряда - и{Г). Экспериментальные зависимости можно представить аналитически в виде:

где А и В коэффициенты, зависящие от материала образца и полярности. Для и КС1 при Т«850-=-900 К и отрицательно заряженной свободной поверхности часто наблюдается электрический пробой;

(2)

где Т- температура кристалла, Тц - температура перехода от примесной проводимости кристалла к собственной. Коэффициенты а, Ь, С И ¿/определяются из эксперимента. - значение напряженности при 7ъ При Т t 850 К напряженность достигает максимального значения и далее остается постоянной. Зависимость идентична для различных полярностей обрабатываемой поверхности кристалла;

(3)

<r(J) = ~~

В

* {WL-n + P)

где А, В- коэффициенты, полученные при аппроксимации данных, - температура, при которой наблюдается максимум плотности положительного заряда. В области температур Т^ и Ттах отмечено наиболее активное образование

«капель» на поверхности кристалла. При Тяах велика вероятность термоэлектрического пробоя. Максимальное значение плотности заряда при положительной заряженной поверхности на порядок больше величины заряда при отрицательно заряженной поверхности.

Обнаруженные зависимости Е(Т) и j(T) объясняются диффузией ионов металла по направлению электрического поля к свободной поверхности кристалла или от нее, в зависимости от приложенного напряжения. При отрицательно заряженной поверхности, ионы металла оставляют приповерхностный слой, дрейфуя в направлении электрического поля. Внешнее электрическое поле и межионные кулоновские силы способствуют разрушению поверхности. В случае положительно заряженной поверхности, ионы металла становятся междо-узельными, не приводя к разрушению кристаллической решетки. Постоянное значение £при температурах выше 850 К связано с насыщением свободной поверхности образца зарядом. Зависимость о(Г), позволяет судить о динамике накопления заряда на поверхности, а также о различных механизмах накопления. Монотонный рост величины плотности поверхностного заряда в температур-

ном интервале до Ттах также объясняется описанными выше механизмами. Наличие пика - насыщением поверхности зарядом, а дальнейший спад обусловлен эмиссией ионов с поверхности кристалла и разрядами в газе.

3.2. Линии поля ориентированы параллельно поверхности. Поверхностные токи. Исследовано: 1) поведение поверхностей щелочногалоидных кристаллов, находящихся в постоянном электрическом поле, линии которого ориентированы параллельно ей при одновременном нагреве; 2) вклад поверхности в проводимость кристалла в целом, определены энергии активации процессов проводимости при указанных условиях.

В опытах использовали монокристаллы ЫБ с содержанием примесей 10 3 и 10 5 вес.% и №С1 с содержанием примесей 10*3 И 10"5 вес.%. Образцы размещались между плоскопараллельными электродами. На электроды подавалось постоянное напряжение С/о = 400 В. Образец нагревали со скоростью ~200 К/ч от 293 К до 923 К. Проведены две серии опытов. В первом случае электроды перекрывали грани кристалла, во втором - их площадь была меньше площади контактирующих с ними граней образца.

В опытах по первой схеме, после обработки кристаллов на свободной поверхности образцов наблюдали появление «капель» вязкого вещества (подобно опытам, описанным выше), а также следы перемещения вещества поверхности всегда направленные от положительного электрода к отрицательному, независимо от положения электродов в пространстве. Это объясняется направленным дрейфом, в основном, положительных ионов вещества поверхности к катоду.

Определены энергии активации процесса проводимости с учетом вклада поверхности. Результаты приведены в таблице 1, где Е„ И Ес - энергии соответствующие примесной и собственной проводимости.

Процессы переноса более легко протекают по поверхности. Вклад поверхности приводит к уменьшению энергии активации на 10 - 20% в интервале примесной, и до 40% в интервале собственной проводимости. При увеличении количества дефектов до 10-3 - 10-2 вес.% приводит к тому, что проводимость по объему в примесном интервале может быть более выгодной энергетически, чем при участии поверхности.

3.3. Аккумуляция электрического заряда у поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле, определен механизм аккумуляции электрического заряда у поверхностей щелочногалоидных кристаллов, находящихся в условиях одновременного воздействия нагрева и электрического поля, в температурном интервале 573 - 873 К.

Материал Энергия активации процесса проводимости (эВ)

(кол-во приме- по объему с учетом

сей) поверхности

£„ Ес Е„

ЫаС1 (НУ' вес.%) 2,14 4,17 2,60 3,73

№С1 (10° вес.%) 2,80 6,49 2,56 5,04

(КГ* вес.%) 3,06 8,06 3,06 6,59

иг (10° вес.%) 2,70 5,16 2,16 2,97

Эксперимент проводился на монокристаллах №аС1. К образцам прикладывалось постоянное напряжение 400 В. Опыты проводились в температурном интервале 293 - 773 К, скорость нагрева составляла ~200 К/ч. В ходе опытов регистрировали «прямой» ток (ток при наложении внешнего поля) и «аккумуляторный» (ток, возникающий при закорачивании противоположных граней образца при кратковременном отключении источника внешнего поля). После нагрева до 773 К, источник тока отключался, и измерялась величина «аккумуляторных» токов при постоянной температуре в течение 3 часов. Далее образец остывал до температуры 293 К со скоростью ~50 К/ч и через сутки подвергался повторному нагреву со скоростью ~200 К/ч до 773 К, при этом источник тока не подключался, и измерялись только «аккумуляторные» токи. Затем образцы выдерживали при постоянной температуре 773 К в течение 1-3 часов и производили измерения «аккумуляторных» токов.

Определены зависимости силы тока от температуры. «Прямой» и «аккумуляторный» токи возрастают экспоненциально и при температуре ~750 К достигают значений 500 и 3 мкА соответственно. «Аккумуляторные» токи существуют за счет перераспределения заряда в объеме кристалла. Измерения «аккумуляторных» токов при постоянной температуре 773К показали, что течение первых 10-15 минут величина тока плавно снижается и далее остается постоянной (~1 мкА) до окончания опыта в течение 3 часов. Убывание тока объясняется термической релаксацией квазидиполей. Дальнейшее постоянное значение - медленной релаксацией объемного заряда.

Для кристаллов с различным содержанием примесей, при повторном нагреве, величина тока выше при большей концентрации примесей. Измерения «аккумуляторных» токов, проводимые при постоянной температуре (773 К) при повторном нагреве, показывают, что с течением времени величина «аккумуляторных» токов монотонно убывает со скоростью ~2-3 мкА/ч.

В четвертой главе описаны модели поверхностных процессов в ионных кристаллах при нагреве в электрическом поле.

4.1. Физическая модель. Предложена физическая модель, отражающая поведение кристалла в электрическом поле при одновременном нагреве и исследованы процессы перемещения и образования собственных точечных дефектов, как носителей заряда, и накопления их в заданной области кристалла.

Физическая модель представляет собой малый объем кристалла, прилегающий к поверхности, в котором учитывается взаимодействие между отдельными ионами и точечными дефектами. Исходные данные: межатомное расстояние, молекулярная масса, диэлектрическая проницаемость, энергии образования точечных дефектов, амплитуда тепловых колебаний ионов решетки, кулоновский потенциал взаимодействия и напряженность внешнего электрического поля.

За основу принята кристаллическая решетка типа №аС1. Рассматривались кубические области со стороной 15,20,25 межатомных расстояний. На предварительном этапе выполнены следующие действия: определен вклад поверхности в

величину напряженности во внутренних областях кристалла; выведена приближенная формула, описывающая связь между амплитудой колебаний иона в узле решетки и температурой; определены эффективные для данной модели энергии образования (1УГ и \УР - вакансии и пары по Френкелю) и миграции точечных дефектов.

4.2. Моделирование процессов образования имиграции точечныхдефектов при термоэлектрическом воздействии. Первоначально задается объем кристалла и, случайным образом, в нем распределяются дефекты. Собственно расчет - это циклический процесс, в котором происходит определение энергии каждого иона в заданном объеме и переход его в новое состояние, в зависимости от величины энергии, направления поля и наличия дефектов в ближайшем окружении иона. Модель является квазистационарной, каждая итерация описывает состояние кристалла при фиксированной температуре и при заданном направлении и величине внешнего электрического поля. Температура увеличивается с заданным приращением и процесс повторяется.

Получены зависимости количества дефектов от температуры. Зависимости имеют эскпоненциальный характер и при высоких температурах, близких к температуре плавления, имеют тенденцию к насыщению. Определено распределение дефектов по плоскостям вблизи поверхности. Существуют плоскости с аномально высокой концентрацией дефектов, отстоящие от поверхности на 5-7 межатомных расстояний.

4.3. Влияние способа формирования объемногозаряда на состояние поверхности. Положительный и отрицательный объемные заряды формируются по различным механизмам. Основываясь на результатах расчетов и экспериментальных данных можно сформировать представления о различиях в структуре приповерхностных слоев кристалла при различной их полярности. Так, для положительно заряженной поверхности наблюдается избыток положительных ионов металла, являющихся междоузельными. Поверхность, заряженная отрицательно, испытывает недостаток положительных ионов в узлах решетки. Данные предположения позволили произвести оценку сил, действующих на ион, находящийся на поверхности, со стороны окружающих его ионов.

Расчеты производились для положительно и отрицательно заряженных решеточных ионов по схемам, изображенным на рис. 4. В обоих случаях число дефектов составляло до 10% от общего числа атомов учитываемых в модели. Получена зависимость силы, действующей на решеточный ион от концентрации дефектов. При увеличении концентрации дефектов значения сил, стремя-

®_© Ф © © ©А© ф © © © © © © ® 0№@ © ®(Э© © © © ® © © ®

@ © ® ЗЭ ©а© ® © © © © ©

©<в© ©©>©® © © Ф ©Ф©Ф ®©@©Ф©Ф© Ф©Ф© ©Ф©

а) 6) Рис. 4. Схема структуры поверхностного атомного ело; кристалла после обработки электрическим полем пр* нагреве, а) поверхность заряжена положительно; б) поверхность заряжена отрицательно._

щихся «вытеснить» ион с поверхности монотонно возрастают. На отрицательные ионы действуют силы значительно большие, чем на положительные. Данный факт согласуется с результатами эксперимента. Эмиссия избыточных более легких положительных ионов с поверхности в воздушный зазор объясняет различие в величине плотности тока, а достаточно большие кулоновские силы, действующие на отрицательные ионы при соответствующем направлении поля приводят к значительным нарушениям структуры поверхности, ее разрушению, что может вызвать электрический пробой в системе поверхность-электрод.

4.4. Влияние нестехиометрии состава на состояние поверхности. Результаты исследований поверхностей, подвергавшихся термоэлектрической обработке, методом рентгеноструктурного анализа (см. п.2.1) показывают наличие аморфной и кристаллической составляющих в приповерхностном слое кристалла и увеличение межатомных расстояний, причем изменения более выражены для поверхностей заряженных отрицательно. По схеме образования объемного приповерхностного заряда (п. 4.3., рис. 4) исследовано влияние нарушений стехиометрического состава вещества в поверхностных слоях на величину параметра решетки в зависимости от знака заряда поверхности. Оценено силовое воздействие на элементы кристалла, прилегающие к областям с заданной концентрацией дефектов - междоузельных ионов металла и катионных вакансий для случаев положительно и отрицательно заряженных поверхностей соответственно. Рассмотрена модель «плоского» кристалла типа NaCl, представляющего прямоугольную область размером JVx(2Af+l). Рассчитаны электростатические силы, действующие на заряды принадлежащие линии, делящей плоскость на две равные части. В одну из частей (I) случайным образом вводились дефекты. Количество дефектов варьировалось в пределах 0 - 10 % от числа атомов в заданной полуплоскости. Вторая часть (II) оставалась идеальной.

Зависимость средней силы, действующей на единицу длины атомного ряда, от концентрации дефектов в I области, монотонно возрастает с увеличением процентного содержания катионных вакансий в плоскости. В то же время, присутствие междоузельных ионов металла приводит к возникновению сил, для которых зависимость от концентрации дефектов явно не обнаруживается. Таким образом, на границах участков поверхности с повышенной концентрацией дефектов (вакансий или междоузельных ионов) возникают растягивающие напряжения, величина которых зависит в первую очередь от типа доминирующих дефектов, а также от их концентрации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Показано, что при термоэлектрическом воздействии поверхности {100} ЩГК подвержены структурным и морфологическим изменениям, проявляющимся в образовании желеобразного вещества, находящегося на поверхности преимущественно в виде «капель», которое при длительном вылеживании кристаллизуется. Масс-спектроскопическими и рентгеноструктурными исследованиями установлено, что вещество новообразований имеет химический состав аналогичный матрице, но иного стехиометрического соотношения, вследствие

чего изменены его физические свойства, в частности, температура плавления. Предложен механизм формирования «капель» заключающийся в том, что плавление поверхностного слоя происходит при более низких температурах. Поверхностные силы разрывают его на мелкие капли, находящиеся в аморфно-кристаллическом состоянии. При охлаждении вещество остается желеобразным.

2. Установлено, что термоэлектрическое воздействие на полость трещины сопровождается процессами залечивания несплошности. На ранних стадиях залечивание носит очаговый характер, а на заключительных охватывает всю полость. В основе механизма залечивания несплошности лежат процессы реком-бинационной кристаллизации. В случае полости с разнородными поверхностями в области несплошности образуется новое щелочногалоидное соединение нестехиометрического состава, последующая кристаллизация которого приводит к получению разнородного бикристалла. Прочность соединения бикристал-ла зависит от полярности соединяемых поверхностей.

3. Установлено, что изменение свойств поверхности связано с перераспределением несвязанных зарядов в объеме кристалла и его накоплением в приповерхностных слоях по различным механизмам. Положительный заряд поверхности формируется за счет притока ионов металла, которые располагаются в междоузлиях. Отрицательный заряд — наоборот, за счет оттока ионов металла от поверхности. И в первом, и во втором случае имеет место увеличение межатомного расстояния, что наблюдается при рентгеноструктурных исследованиях и приводит к изменению свойств поверхностных слоев. При отрицательно заряженной поверхности имеет место разрушение кристаллической решетки, понижающее электрическую прочность и, как следствие, проплавление кристалла.

4. В постоянном электрическом поле, при температурах выше =600К в ионных кристаллах наблюдается явление аккумуляции объемного заряда у поверхностей. Данное явление связано с миграцией, в основном, примесей и ионов матрицы в направлении поля. Наличие тока во внешней цепи при замыкании электродов на противоположных гранях обработанного образца объясняется обратным перераспределением заряда внутри кристалла.

Нелинейность убывания «аккумуляторного» тока на начальной стадии объясняется наличием токов деполяризации при разрушении электретного состояния, что дает незначительный вклад в величину «аккумуляторного» тока.

5. В случаях, когда линии напряженности электрического поля ориентированы параллельно поверхности, а электроды контактируют с гранями исследуемого образца, поверхности оказывают существенное влияние на проводимость кристалла в целом, что проявляется в уменьшении энергии активации процессов в примесном и собственном температурном интервале проводимости.

6. Предложена физическая модель кристалла, позволяющая анализировать процессы, протекающие в щелочногалоидных кристаллах при термоэлектриче-

ском воздействии и адекватно отражающая наблюдаемые экспериментально явления: аккумуляцию заряда, структурные изменения и др.

7. Использование предложенной модели позволило установить, что энергия сублимации ионов с отрицательно заряженной поверхности меньше, чем с положительно заряженной. Данный факт согласуется с наблюдаемыми в эксперименте явлениями, в частности, объясняет более низкие пробивные напряжения при отрицательно заряженной поверхности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev O.A. Structure and morphology of surfaces of alkali-halide under heating in an electrical field // Proc. SPIE. The International SoClety for Optical Engineering. - 1998. - V.3687. - P.377-378.

2. Карыев Л.Г., Федоров В.А., Мексичев О.А. Аккумуляция электрического заряда у поверхности ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле // Физика и химия обработки материалов. - 2002. - №5. - С. 87-89.

3. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. Поведение поверхности скола щелочногалоидных кристаллов при нагреве в электрическом поле // Физика и химия обработки материалов. - 2003. - №3. - С. 77-80.

4. Карыев Л.Г., Федоров В.А., Мексичев О.А., Васильева И.В. Структура и морфология поверхности ЩГК при нагреве в электрическом поле. // Труды XXXIV семинара «Актуальные проблемы прочности» Вестник ТамбГУ. - 1998. -Т.3.-№3.-С. 285-287.

5. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. Влияние теплоэлектрического воздействия на состояние поверхностей ЩГК // Механизмы деформации и разрушения перспективных материалов. Сб. трудов XXXV семинара «Актуальные проблемы прочности». Ч.И. - Псков. -1999. - С. 280-283.

6. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Глушков А.Н., Тялин Ю.И., Мексичев О.А. Влияние ориентации индентора Виккерса на разрушение ЩГК при микроин-дентировании // Вестник ТамбГУ, 2000. - Т.5. - Вып. 2-3. - С. 378-381.

7. Мексичев О.А., Федоров В.А., Карыев Л.Г., Холодилин В.Н. Модели поверхностных процессов в ионных кристаллах при нагреве в электрическом поле // Вестник ТамбГУ. - 2001. - Т.6. - Вып. 4. - С. 413-417.

8. Карыев Л.Г., Мексичев О.А., Стерелюхин А.А., Федоров В.А. Влияние поверхностных токов на состояние поверхности щелочногалоидных кристаллов // Вестник ТамбГУ. Серия: Естественные науки. - Т. 8. - Вып. 1. - 2003. - С.184.

9. Карыев Л.Г., Федоров В.А., Мексичев О.А. Аккумуляция электрического заряда у поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле // Труды V Междун. семинара «Современные проблемы прочности» им. В.А. Лихачева, Старая Русса в 2 т. - Т.2.-Новгород,2001.-С.278-279.

Ю.Мексичев О.А., Карыев Л.Г., Федоров В.А. Поведение поверхностей скола ЩГК при одновременном воздействии электрического поля и нагрева // Тез. докладов II Всеросс. конф. молодых ученых «Физическая мезомеханика материалов». Томск, ИФПМ СО РАН. - 1999. - С. 45-46.

11.Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev О.А. Influence ofheat and electrical field

on condition of alkali-halide crystal cleavage surface // V Russian-Chinese International symposium. Advanced material and processes: Fundamental Problems of Developing. Advanced material and processes ofXXI Century, Baycalsk.-1999. - P. 68. 12.Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev O.A. Behavior of cleavage surface of al-kali-halide exposured in complex of electric field and heating//12-th International Conference On The Strength Of Materials (ICSMA-12).-Asilomar, California USA,

2000.-P.86.

1 З.Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. Поведение поверхности скола ЩГК в условиях воздействия на нее однородного и локализованного электрических полей // Международная конференция «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах»: Тезисы докладов. - Барнаул. - Алтайский гос. тех. унив.-С. 101.

14.Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. Реакция поверхностей скола ЩГК при комплексном воздействии нагрева и электрического поля // Китайско-Российский симпозиум «Новые материалы и технологии». - Пекин, КНР. -

2001.-С.69.

15.Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. Влияние поверхностных токов на состояние щелочногалоидных кристаллов // Тез. докладов XXXVII Международного семинара «Актуальные проблемы прочности»-Киев, 2001.-С. 417-418.

16.Федоров В.А., Мексичев О.А., Карыев Л.Г. Влияние поверхностных токов на состояние ионных кристаллов // Материалы 2-ой Междун. конф. молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки». Естеств. науки. Тез. докладов 4.1. - Самара, 2001. - С. 106.

17.Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev О.А. Response of cleavage surface of al-kali-halide on complex action of heat and electric field // EPS-12: General Conference Trends in Physics. 26-30 Aug. 2002. Budapest. P. 35-36.

18.Карыев Л.Г., Мексичев О.А., Стерелюхин А.А., Федоров В.А. Структурные изменения поверхности щелочногалоидных кристаллов при термоэлектрическом воздействии // 2-я Междун. конф. «Кристаллофизика 21-го века»: Тезисы докладов. - Москва.: МИСиС, 2003. - С. 189-190.

19.Feodorov V.A., Meksichev O.A., Kariev L.G., Sterelukhin A.A. Generation ofthe amorphous-crystalline phase on surface of alkali-halide crystals by thermoelectric effect // 5-я Междун. конф. «Single Crystal Growth and Heat & Mass Transfer». ICSC Obninsk-2003, vol. 2, P.503-510.

20.Мексичев О.А., Карыев Л.Г., Федоров В.А., Стерелюхин А.А. Образование аморфно-кристаллической фазы на поверхности щелочногалоидных кристаллов при термоэлектрическом воздействии // III Межд. конф. «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (MPFP). 2003 г., Тамбов. Сб.тезисов. -С. 99-100.

Отпечатано в Издательстве «Нобелистика» МИНЦ Лицензия ЛР № 070797 от 16.12.97. Изд. заказ № 749, тип. заказ. 1418, тираж 100. Объем 1,0 усл. печ. л. Подписано в печать 16.08.2004. Россия 392680 г. Тамбов, ул. Монтажников 3, т. 56-40-24

$165 88

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПОВЕДЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1. Твердые электролиты.

1.1.1. Диэлектрики в зонной теории.

1.1.2. Дефекты кристаллических структур.

1.1.3. Поляризация диэлектриков.

1.2. Электрострикция, пьезоэффект, пироэффект, сегнетоэлектрики.

1.3. Электретный эффект.

1.4. Ионная проводимость.

1.5. Электрический пробой в диэлектриках.

1.6. Цель и задачи исследования.

Глава 2. СТРУКТУРА И МОРФОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ ПРИ НАГРЕВЕ В

ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

2.1. Структура и морфология поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле, силовые линии которого ориентированы перпендикулярно поверхности {001}.

2.1.1. Материалы и методика эксперимента.

2.1.2. Структура и морфология поверхностей после термоэлектрического воздействия.

2.1.3. Результаты травления.

2.1.4. Результаты микроиндентирования.

2.1.4. Масс-спектрографическое исследование поверхностей.

2.1.5. Рентгеноструктурное исследование поверхностей.

2.2. Структура и морфология поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле, силовые линии которого ориентированы параллельно поверхности.

2.2.1. Материалы и методика эксперимента.

2.2.2. Структура и морфология поверхностей трещины.

2.3. Поведение несплошностей, ограниченных поверхностями скола ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле.

2.3.1. Материалы и методика эксперимента.

2.3.2. Результаты эксперимента.

2.3.3. Обсуждение результатов.

2.4. Поведение поверхностей внутреннего скола ЩГК в электрическом поле при одновременном нагреве.

2.5. Выводы к главе 2.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ПОВЕРХНОСТЕЙ ИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ НАГРЕВА И ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

3.1. Линии напряженности электрического поля ориентированы нормально поверхности.

3.1.1. Материалы и методика эксперимента.

3.1.2. Зависимость плотности тока от температуры.

3.1.3. Зависимость напряженности электрического поля в воздушном зазоре от температуры.

3.1.4. Зависимость поверхностной плотности электрического заряда от температуры.

3.1.5. Обсуждение результатов.

3.2. Линии поля ориентированы параллельно поверхности. Поверхностные токи.

3.2.1. Методика эксперимента.

3.2.2. Проводимость ионных кристаллов с учетом вклада поверхностей. Энергии активации процессов проводимости.

3.2.4. Обсуждение результатов.

3.3. Аккумуляция электрического заряда у поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле.98'

3.3.1. Материалы и методика эксперимента.

3.3.2. Результаты эксперимента.

3.3.3. Обсуждение результатов.

3.4. Выводы к главе 3.

Глава 4. МОДЕЛИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ИОННЫХ

КРИСТАЛЛАХ ПРИ НАГРЕВЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

4.1. Физическая модель. Постановка задачи.

4.1.1. Общие сведения и границы применимости.

4.1.2. Учет вклада поверхности в величину напряженности во внутренних областях кристалла.

4.1.3. Зависимость амплитуды колебаний атомов от температуры.

4.1.4. Расчет энергетических параметров модели.

4.2. Моделирование образования и миграции точечных дефектов при термоэлектрическом воздействии.

4.3. Влияние способа формирования объемного заряда на состояние поверхности.

4.4. Влияние нестехиометрии состава на состояние поверхности.

Исследование поведения кристаллических тел, в частности, диэлектриков при различных внешних энергетических воздействиях, в том числе и комплексных, является актуальной задачей физики конденсированного состояния. Комплексное внешнее энергетическое воздействие проявляется зачастую при работе элементов оптики, электроники в экстремальных условиях, например, одновременного воздействия тепловых и электрических полей [1], силовых и магнитных [2, 3] и т.д.

Одним из интересных фактов является существование у относительно твердых тел постоянной поляризации, которая может наблюдаться и в отсутствии внешнего электрического поля. Если нагретый до предплавильных температур диэлектрик (например, воск) поместить в постоянное электрическое поле, то под действием поля дипольные моменты молекул примут преимущественную ориентацию в, диэлектрике, которая сохранится после охлаждения диэлектрика и выключения электрического поля. Такой диэлектрик называется электретом. На его поверхности расположены постоянные поляризационные заряды.

Постоянная внутренняя поляризация Р встречается и у некоторых кристаллических веществ. В таких кристаллах каждая элементарная ячейка решетки обладает одним и тем же постоянным дипольным моментом [4]. Все диполи направлены в одну сторону даже в отсутствии электрического поля. Дипольные моменты могут измениться вследствие теплового расширения -это пироэлектрик, или под воздействием механического нагружения -пьезоэлектрик [5].

Некоторые кристаллы имеют внутренние моменты и вращение их также вносит вклад в поляризацию. В ионных кристаллах, таких, как №С1, возникает также ионная поляризуемость. Кристалл состоит из положительных и отрицательных ионов, расположенных периодически. В электрическом поле возникает результирующее ' смещение зарядов и, следовательно, объемная поляризация. Определенный вклад в поляризацию ионных кристаллов дают примесные и собственные точечные дефекты, которые в различных температурных интервалах могут приводить к примесной и собственной проводимости. В этом случае следует отметить ионно-релаксационную и миграционную поляризации [6]. Эти виды поляризации являются релаксационными явлениями, поэтому параметры, характеризующие поляризацию, релаксируют, т.е. постепенно изменяются и затем устанавливаются постоянными.

Наличие ионов проводимости неизбежно сопровождается взаимодействием их с дефектами кристаллической решетки ионного диэлектрика, такими, как дислокации, границы субзерен, микро- и макротрещины. Последние оказывают существенное влияние на прочностные характеристики кристалла, его оптические " свойства. Взаимодействие ионов проводимости с такими нарушениями регулярности решетки может приводить к их залечиванию вследствие массопереноса и восстановлению механических свойств. Кроме того, в интервалах температур собственной проводимости возможно накопление зарядов в поверхностных слоях диэлектрика. Это обстоятельство неизбежно приводит к изменению стехиометрического состава и, как следствие к изменению физических свойств кристалла. Последнее представляет самостоятельный интерес, так как может встречаться при эксплуатации оптических элементов из щелочногалоидных кристаллов (ЩГК) в экстремальных условиях: высокие температуры, воздействие электрических и магнитных полей, что имеет место в лазерных устройствах ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов.

В настоящей работе исследовано экспериментально и аналитически поведение поверхностей скола (100) щелочногалоидных кристаллов при одновременном воздействии на них нагрева и электрического поля, ориентированного как нормально к поверхности, так и параллельно ей. С целью установления причин, приводящих к морфологическим изменениям поверхностных слоев и связанных с этим изменением физических свойств. Экспериментально установлено, что при термоэлектрическом воздействии на ЩГК на поверхностях скола {100} появляются необратимые изменения; в виде каплеобразных новообразований вязкого вещества, которое способно кристаллизоваться при вылеживании в течение 30-60 суток при комнатной температуре. На поверхностях скола под каплями образуются лунки кристаллографической ориентации. Само вещество при химическом травлении поверхности уходит в раствор. Появление желеобразного вещества изменяет оптическую прозрачность кристалла и физические свойства его поверхности.

Проведенными масс-спектроскопическими исследованиями и рентгеноструктурным анализом установлено аморфно-кристаллическое строение новообразований и отмечено увеличение межионного расстояния.

Кроме того, исследовано поведение поверхностей {100}, представляющих собой полость трещины, введенной в кристалл. В этом случае, в зависимости от типа проводимости кристалла, определяемой температурой, изменения поверхности могут быть связаны с локальной деформацией отдельных участков или с процессами кристаллизации в примесном и собственном температурных интервалах проводимости. Показано, что при возникновении эмиссионного тока между берегами макротрещины по плоскости {100} протекает рекомбинационная кристаллизация ЩГК, наблюдаемая вначале в виде дендритообразных наслоений, перекрывающих впоследствии всю полость трещины. То есть имеет место залечивание несплошности и восстановление механической прочности кристалла.

При термоэлектрическом воздействии на контактирующие поверхности различных кристаллов, например пара 1лР-№С1 обнаружено образование соединений типа КаР(Ка) и 1лС1(1л), с нарушенным стехиометрическим составом. Показано, что эти соединения также представляют собой желеобразное вещество при охлаждении до комнатной температуры. Основной причиной образования веществ в желеобразном состоянии является нарушение стехиометрии, что в свою очередь изменяет физические свойства поверхностных слоев, в частности, температуру плавления в связи с чем необходимы ограничения по температуре и величине электрических полей допускаемых при эксплуатации оптических элементов изЩГК.

Установлены механизмы образования избыточного заряда на поверхностях ЩГК при термоэлектрическом воздействии, отличающиеся для положительно и отрицательно заряженных поверхностей тем, что в первом случае заряд обусловлен накоплением междоузельных ионов металла, а во втором, наоборот, обеднением поверхностных слоев более подвижными ионами металла. В связи с этим основной причиной более низких пробивных напряжений при отрицательно заряженной поверхности является кулоновское взаимодействие, способствующее разрушению обедненной ионами металла решетки кристалла. Указанные явления способны увеличивать проводимость кристаллов за счет поверхностных токов, как в примесном, так и в собственном температурных интервалах проводимости.

Поверхностная аккумуляция заряда может быть «заморожена» понижением температуры. В этом случае создается состояние подобное электретному. Однако при нагреве кристалла, возникающие «аккумуляторные» токи на 5-6 порядков превышают токи деполяризации при электретном состоянии. И если таковое существует в нашем случае, то оно разрушается на начальных стадиях нагрева кристалла. Наличие же тока в цепи при замыкании электродов примыкающих к кристаллу объясняется обратным перераспределением заряда, продолжительность которого и величина аккумуляторного тока соответственно зависят температуры.

Предложена физическая модель кристалла, подвергнутого термоэлектрическому воздействию, позволившая дать удовлетворительное совпадение экспериментальных результатов с аналитическими и объяснить ряд явлений наблюдаемых в эксперименте. В частности, показано, что энергия сублимации положительных ионов металла с положительно заряженной поверхности существенно выше, чем энергия сублимации отрицательных ионов, что является основной причиной низких пробивных напряжений наряду с кулоновским взаимодействием для отрицательно заряженных поверхностей. Рассмотрена также роль вакансий и междоузельных атомов примесей (дефектов по Френкелю и Шоттки) в формировании электрического заряда поверхности.

Работа выполнена в рамках научных исследований, проводимых в Тамбовском государственном университете им. Г.Р. Державина по теме «Дефекты кристаллических структур: механизмы образования и поведения в условиях внешних энергетических воздействий» и поддержана грантом Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 98-01-00617), а также Министерства общего и профессионального образования, грант по фундаментальным исследованиям в области естественных наук (грант №97-0-4.3-185).

Актуальность работы

В настоящее время рождаются и развиваются новые области техники и науки, базирующиеся на широком использовании своеобразных, а порой и уникальных свойств монокристаллов.

Широкое использование получили кристаллы, в которых проявляются различные эффекты: пьезоэффект, пьезооптический эффект, пироэффект, магнито- и электрострикция и др. Показано также, что в 1ДГК, например, наблюдается явление магнитопластичности - увеличение подвижности дислокаций при воздействии относительно слабого магнитного поля. Особое значение в этом плане приобретают исследования, направленные на изучение отклика кристалла при комбинированном на него воздействии: механическое воздействие и магнитное или электрическое поле; рентгеновское облучение и ультразвук; и т.д. Поведение кристалла зачастую непредсказуемо.

Монокристаллы и изделия из них нередко эксплуатируются в экстремальных условиях: вибрации, низкие и высокие температуры, действие ионизирующего излучения и др. В связи с этим повышаются требования к качеству монокристаллических материалов и изделий из них, а также к: установлению режимов их эксплуатации при которых обеспечивается надежность и долговечность работы устройства в целом.

Вместе с тем, расширяются всесторонние исследования кристаллов. Научный поиск путей целенаправленного изменения их свойств и получение новых веществ на их основе.

Эти и другие проблемы, связанные с использованием монокристаллов в науке и технике, а также исследования поведения их при комплексных воздействиях делают актуальными изыскания, направленные на изучение поведения поверхностей скола щелочногалоидных кристаллов, широко используемых в оптике, при воздействии на них электрических полей в области предплавильных температур.

Научная новизна

1. Впервые обнаружены структурные и морфологические изменения состояния поверхностей скола ЩГК при термоэлектрическом воздействии, проявляющиеся в образовании на поверхностях желеобразного вещества преимущественно каплеобразной формы, находящегося в аморфнокристаллическом состоянии и имеющем увеличенное межатомное расстояние в сравнении с исходным кристаллом.

2. Установлено, что накопление заряда в поверхностных слоях кристалла приводит к изменению его физических свойств за счет нарушения стехиометрии и является причиной возникновения «аккумуляторных» токов при замыкании поверхностей кристалла в цепь, на 5-6 порядков превышающих токи деполяризации.

3. Установлен механизм формирования заряда на поверхностях кристалла принципиально отличающийся для положительной и отрицательной полярностей и заключающийся в первом случае в накоплении междоузельных положительных ионов металла в решетке матрицы, а во втором за счет обеднения матрицы этими же ионами.

4. Установлено, что при термоэлектрическом воздействии на ЩГК имеет место залечивание трещин скола за счет процессов рекомбинационной кристаллизации. В случае разнородных кристаллов качество залечивания зависит от полярности соединяемых поверхностей и также сопровождается образованием новых щелочногалоидных соединений нестехиометрического состава.

5. Предложена физическая модель кристалла, имитирующая исследуемые процессы и адекватно отражающая наблюдаемые явления в кристаллической решетке, основными нарушениями которой выбраны примесные атомы и дефекты по Шоттки и Френкелю.

Практическая значимость работы

1. Полученные в работе экспериментальные данные, свидетельствующие об изменении физических свойств поверхностей скола ЩГК при термоэлектрическом воздействии, могут быть полезны при установлении режимов эксплуатации изделий оптики, работающих в условиях тепловых и электрических полей.

2. На основе термоэлектрического воздействия на кристалл может быть предложен способ, позволяющий достаточно качественно залечивать несплошности кристаллов, а обнаруженные при этом структурные и морфологические изменения поверхности представляют самостоятельный научный интерес и могут способствовать более глубокому пониманию процессов на поверхностях кристалла и свойств самой поверхности.

3. Обнаруженное состояние кристалла с локализованным в поверхностных слоях зарядом при «замораживании» можно использовать в качестве источника постоянных электрических полей, а также источников «аккумуляторных» токов.

4. На основе полученных результатов возможно разработать способ и технологию получения разнородных щелочногалоидных кристаллов.

На защиту выносятся следующие положения

1. Воздействие на щелочногалоидные кристаллы электрическим полем в области предплавильных температур вызывает структурные и морфологические изменения поверхностей скола, связанные с накоплением в поверхностных слоях нескомпенсированного заряда, что приводит к изменению их физических свойств.

2. Механизмы накопления заряда в поверхностных слоях зависящие от полярности поверхности, его аккумуляция и получения «аккумуляторных» токов на 5-6 порядков превышающих токи деполяризации при электретном эффекте.

3. Механизм восстановления сплошности кристалла за счет массопереноса более подвижными ионами металла приводящего к рекомбинационному росту кристаллов в несплошности, ограниченной плоскостями скола.

4. Активационные характеристики проводимости кристалла при термоэлектрическом воздействии за счет поверхностных токов, обусловленных движением нескомпенсированных зарядов в слоях с иными физическими свойствами.

5. Термоэлектрическое воздействие на контактирующие поверхности разнородных кристаллов приводит к образованию, в зависимости от направления тока (полярности), новых щелочногалоидных соединений нестехиометрического состава и как следствие к различным прочностным характеристикам соединений.

6. Физическая модель кристалла в условиях термоэлектрического воздействия, базирующаяся на физических представлениях о состоянии кристалла с дефектами: примесными атомами, вакансиями, дефектами по Шоттки и Френкелю.

Апробация работы

Результаты исследований были представлены на следующих конференциях и семинарах: Nondestructive testing and computer simulations in materials science and engineering (С.-Петербург, 1998); XXXIV, XXXV, XXXVII Международных семинарах «Актуальные проблемы прочности» (1998-2001); II Всероссийской конференции молодых ученых «Физическая мезомеханика материалов» (Томск, 1999); 12 International Conference On The Strength Of Materials (Asilomar, USA, 2000); Международной конференции «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (Барнаул, 2000); II и III Международных конференциях «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений» (Тамбов, 2000, 2003); Китайско-Российском симпозиуме «Новые материалы и технологии» (Пекин, КНР, 2001); V Международном семинаре «Современные проблемы прочности» им., В.А. Лихачева (Старая Русса, 2001); EPS-12: General Conference Trends in Physics (Будапешт, 2002); IV, V, VII, IX Державинских чтениях (Тамбов, 1999-2004);

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Показано, что при термоэлектрическом воздействии поверхности {100} ЩГК подвержены структурным и морфологическим изменениям, проявляющимся в образовании желеобразного вещества, находящегося на поверхности преимущественно в виде «капель», которое при длительном вылеживании: кристаллизуется. Масс-спектроскопическими и рентгеноструктурными исследованиями установлено,, что вещество новообразований имеет химический состав аналогичный матрице, но иного стехиометрического соотношения, вследствие чего изменены его физические свойства, в частности, температура плавления. Предложен механизм: формирования «капель» заключающийся в том, что плавление поверхностного слоя происходит при более низких температурах. Поверхностные силы разрывают его на мелкие капли, находящиеся в аморфно-кристаллическом состоянии. При охлаждении вещество остается желеобразным.

2. Установлено, что термоэлектрическое воздействие на полость трещины сопровождается процессами залечивания несплошности. На ранних стадиях залечивание носит очаговый характер, а на заключительных охватывает всю полость. В основе механизма залечивания несплошности лежат процессы рекомбинационной кристаллизации. В случае полости с разнородными поверхностями в области несплошности образуется новое щелочногалоидное соединение нестехиометрического состава, последующая кристаллизация которого приводит к получению разнородного бикристалла. Прочность соединения бикристалла зависит от полярности соединяемых поверхностей.

3. Установлено, что изменение свойств поверхности связано с перераспределением несвязанных зарядов в объеме кристалла и его накоплением в приповерхностных слоях по различным механизмам.

Положительный заряд поверхности формируется за счет притока ионов металла, которые располагаются в междоузлиях. Отрицательный заряд -наоборот, за счет оттока ионов металла от поверхности. И в первом, и во втором случае имеет место увеличение межатомного расстояния, что наблюдается при рентгеноструктурных исследованиях и приводит к изменению свойств поверхностных слоев. При отрицательно заряженной поверхности имеет место разрушение кристаллической решетки, понижающее электрическую прочность и,, как следствие, проплавление кристалла.

4. В постоянном электрическом поле, при температурах выше ~600К в ионных кристаллах наблюдается явление аккумуляции объемного заряда у поверхностей. Данное явление связано с миграцией, в основном, примесей и ионов матрицы в направлении поля. Наличие тока во внешней цепи при замыкании электродов на противоположных гранях обработанного образца объясняется обратным перераспределением заряда внутри кристалла.

Нелинейность убывания «аккумуляторного» тока на начальной стадии объясняется наличием токов деполяризации при разрушении электретного состояния, что дает незначительный вклад в величину «аккумуляторного» тока.

5. В случаях, когда линии напряженности электрического поля ориентированы параллельно поверхности, а электроды контактируют с гранями исследуемого образца, поверхности оказывают существенное влияние на проводимость кристалла в целом, что проявляется в уменьшении энергии активации процессов в примесном и собственном температурном интервале проводимости.

6. Предложена физическая модель кристалла, позволяющая анализировать процессы, протекающие в щелочногалоидных кристаллах при термоэлектрическом воздействии и адекватно отражающая наблюдаемые экспериментально явления: аккумуляцию заряда, структурные изменения и др.

7. Использование предложенной модели позволило установить, что энергия сублимации ионов с отрицательно заряженной поверхности меньше, чем с положительно заряженной. Данный факт согласуется с наблюдаемыми в эксперименте явлениями, в частности, объясняет более низкие пробивные напряжения при отрицательно заряженной поверхности.

4.5. Заключение

Результаты, полученные при моделировании поведения участка поверхности ионного кристалла в электрическом поле при нагреве, достаточно хорошо коррелируют с экспериментальными данными и позволяют приблизиться к пониманию механизмов перераспределения заряда при указанных условиях. В работах [131-134] на поверхностях обрабатываемых кристаллов обнаружены структурные изменения, проявляющиеся в виде сфероидальных образований вязкого вещества. Накопленный объемный заряд в приповерхностных областях способствует эмиссии матричных ионов за счет электростатических сил, является причиной локальных изменений свойств поверхностного слоя приводящих к появлению новообразований.

Исследования обработанных кристаллов методом рентгеноструктурного анализа показывают увеличение межатомного расстояния в приповерхностных областях [135-137], что может быть связано с наличием крупных скоплений точечных дефектов и с некомпенсированными напряжениями, возникающими вследствие неравномерного распределения дефектов у поверхности.

1. Най Дж. Физические свойства кристаллов. — М.: Иностранная литература,1960.-385 с.

2. Головин Ю.И. Магнитопластичность твердых тел. М.: Машиностроение1,2003.-108 с.

3. Фейнман Р., Лептон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. М.:1. Мир, 1977.-Т.5.-300 с.

4. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1984. - 376 с.

5. Желудев И.С. Физика кристаллических диэлектриков. М.: Наука, 1968.

6. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. - 792 с.

7. Брандт Н.Б., Чудинов С.М. Электроны и фононы в металлах. М.: Изд-во1. МГУ, 1990.

8. Займан Дж. Принципы теории твердого тела. М.: Мир, 1966

9. Вавилов B.C., Кив А.Е., Ниязова О.Р. Механизмы образования и миграции дефектов в полупроводниках. М.: Наука, 1981. 368 с.

10. Предводителев A.A., Тяпунина H.A., Зиненкова Г.М., Бушуева Г.В. Физика кристаллов с дефектами. М.: Изд-во МГУ, 1986. - 240 с.

11. Болтакс Б.Н. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. Л.: Наука, 1972.384 с.

12. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов. М.: Иностранная литература, 1969.

13. Булярский C.B., Фистуль В.И. Термодинамика и кинетика взаимодействующих дефектов в полупроводниках. М.: Наука, 1997. -352 с.

14. Косевич A.M. Физическая механика реальных кристаллов. — Киев: Наукова думка, 1981.

15. Поливанов K.M. Теория электромагнитного поля. М.: Энергия, 1969. -348 с.

16. Богородицкий Н.П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 304 с.

17. Рез. И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики: Основные свойства и применение в электронике. М.: Радио и связь, 1989.

18. Морозов А.И. Физика твердого тела. Полупроводники, диэлектрики, магнетики: учебное пособие. М.: Московский гос. институт радиотехники, электроники и автоматики, 2002. - 88 с.

19. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 2000. - 494 с.

20. Гороховатский Ю.А., Бордовский Г.А. Термоактивационная токовая спектроскопия высокоомных полупроводников и диэлектриков. — М.: Наука: Главная редакция физ.-мат. литер., 1991. 248 с.

21. Пронин И.П., Каптелов Е.Ю., Тараканов Е.А., Шаплыгина Т.А., Афанасьев В.П., Панкрашкин A.B. Самополяризация и миграционная поляризация в тонких пленках цирконата-титаната свинца // ФТТ. 2002. - Т. 44. - Вып. 4. - С. 739-744.

22. Сальников А.Н., Гестрин С.Г. Заряженные дислокации и точечные дефекты в кристаллах (аналитические модели взаимодействия). Саратов: Саратовский гос. тех. университет, 2002. - 222 с.

23. Гестрин С.Г., Сальников А.Н., Струлева Е.В. Дислокационный аналог поперечного эффекта Нернста-Эттингсхаузена в ионных кристаллах // Изв. вузов. Физика, 1996. №1. - С.80-82.

24. Физика. Большой энциклопедический словарь М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. - С. 90, 460.

25. Бреховских JI.M., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. -М.: Наука, 1982.

26. Резниченко Л.А., Шилкина Л.А., Турик A.B., Дудкина С.И. Огромная пьезоэлектрическая анизотропия ниобата натрия с композитоподобной структурой // ЖТФ. 2002. - Т. 72. - Вып. 2. - С. 65-67.

27. Гриднев С.А. Электрические кристаллы // Соросовский Образовательный журнал. 1996. - №7. - С.99-104.

28. Смирнова Е.П., Александров С.Е., Сотников К.А., Капралов A.A., Сотников A.B. Пироэлектрический эффект в твердых растворах на основе магниобата свинца // ФТТ. 2003. —Т. 45. - Вып. 7. - С. 1245-1249.

29. Дрождин С.Н. Физические основы пироэлектричества // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. - №12. - С. 94-100.

30. Данцигер А.Я., Бородин В.З., Резниченко Л.А. и др. Влияние объемного заряда и размеров кристаллитов на формирование сегнетопьезокерамических материалов // ЖТФ. 2000. - Т. 70. - Вып. 5. -С. 40-42.

31. Резниченко Л.А., Кузнецова Е.М., Разумовская О.Н., Шилкина Л.А. Кристаллохимическое моделирование сегнетоэлектрических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью // ЖТФ. 2001. - Т. 71. -Вып. 5.-С. 53-56.

32. Струков Б.А. Сегнетоэлектричество. -М.: Наука, 1979.

33. Смоленский Г.А., Крайник И.Н. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. М.: Наука, 1968.

34. Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М.: Наука, 1995.

35. Барфут Дж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применения / Пер. с англ. под ред. JI.A. Шувалова. М.: Мир, 1981.

36. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / Пер. с англ. под ред. В.В.Леманова и Г.А. Смоленского. -М.: Мир, 1981.

37. Гриднев С.А. Диэлектрики с метастабильной электрической поляризацией // Соросовский образовательный журнал. 1997. - №5. - С. 105-111.

38. Губкин А.Н., Попов О.Н. Исследование релаксационных процессов в монокристаллическом фтористом литии // Физика полупроводников и микроэлектроники. Рязань: Межвузовский сборник научных трудов. -1979.-Вып. 6.-С. 3-6.

39. Попов О.Н. Электретный эффект в диэлектрических материалах электронной техники: Автореферат дис. . докт. тех. наук: 01.04.07 / МГИЭМ. М., 1996. 38 с.

40. Гах С.Г., Рогач Е.Д., Свиридов Е.В. Объемный заряд, и токи термодеполяризации в тонких пленках цирконата-титаната свинца // ЖТФ. 2001. - Т. 71. - Вып. 1. - С. 49-52.

41. Попов О.Н. Релаксационные процессы, возникающие в диэлектрических материалах при их обработке постоянным электрическим полем // Физика и химия обработки поверхностей. 1996. - №5. - С. 94-100.

42. Губкин А.Н. Электреты. М.: Наука, 1978.-192 с.

43. Moelwyn-Hughes Е.А. Physical Chemistry. Oxford: Pergamon Press, 1964. -P. 857-917.

44. Lide D.R. Handbook of Chemistry and Physics. 72nd ed. - CRC Press, 1991-1992.-P. 5-96.

45. Ковтуненко П.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами. М.: Высшая школа, 1993. - 352 с.

46. Маделунг О. Физика твердого тела. Локализованные состояния: пер. с нем. и англ./Под ред. В.М. Аграновича. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. - 184 с.

47. Лидьярд А., Ионная проводимость кристаллов. М.: Иностранная литература, 1962. - 222 с.

48. Бюрен Ван. Дефекты в кристаллах. М.: Иностранная литература, 1962. -584 с.

49. Иванов-Шиц А.К., Демьянец Л.Н. Материалы ионики твердого тела // Природа. 2003. - №12.

50. Кадргулов Р.Ф., Якшибаев Р.А., Особенности ионного переноса в твердом электролите с двумя сортами подвижных катионов // Вестник Башкирского университета. 2001. - № 3. - С. 13-14.

51. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: учебное руководство. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1987. - 592 с.

52. Коробейников С.М. Диэлектрические материалы: Учеб. пособие. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. 67 с.

53. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область сильных полей). М.: ГИФМЛ, 1958.-908 с.

54. Гурский А.Л., Луценко Е.В., Яблонский Г.П. Кристаллографическая ориентация путей электрического пробоя в диэлектриках и полупроводниках. Препринт № 607. Минск, 1990.

55. Волькенштейн Ф.Ф. Электропроводность полупроводников. М.; Л.: ГИТТЛ, 1947.-325 с.

56. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. — М.: Энергия, 1982. -320 с.

57. Франц В. Пробой диэлектриков. М.: Иностранная литература, 1961. -208 с.

58. Whitehead S. Dielectric breakdown of Solids. Oxford, 1951.

59. Вершинин Ю.Н. Термодинамические уравнения пробоя диэлектриков // ДАН СССР. 1984. - Т. 279. - №4. - С. 880-882.

60. Воробьев A.A., Воробьев Г.А. // Изв. АН СССР. Сер. Физ. 1958. - Т. 22. -№4-С. 392-396.

61. Воробьев A.A., Воробьев Г.А. // Изв. АН СССР. Сер. Физ. 1958. - Т. 22, №4-С. 397-400.

62. Куликов В.Д. Исследование механизма электрического пробоя ионных кристаллов в наносекундном диапазоне // ЖТФ. 2003. - Т. 73. - Вып. 12. -С. 26-30.

63. Рожков В.М. Длительность стадии формирования разрядного канала при электрическом пробое твердых диэлектриков // ЖТФ. 2003. - Т. 73. -Вып. 1.-С. 51-54.

64. Воробьев A.A., Воробьев Г.А. Электрический пробой и разрушение твердых диэлектриков. М.: Высшая школа. 1966 - 224 с.

65. Андреев Г.А. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1958. - Т. 22. - №4. -С. 415-418.

66. Конорова Е.А., Сорокина Л.А. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1958. - Т. 22. - №4. - С. 401-403.

67. Носков М.Д., Малиновский A.C., Кук Ч.М., Урайт К.А., Шваб А.Й. Моделирование развития разряда в объемно-заряженном диэлектрике // ЖТФ. 2002. - Т. 72. - Вып. 4. - С. 107-112.

68. Солдатова Л.Ю. Токи и дефектообразование в ЩГК в сильных и сверхсильных электрических полях: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук: 01.04.10 / Томский гос. университет. Томск, 1998. 19 с.

69. Еханин С.Г., Несмелое Н.С., Потахова Л.Ю. Исследование вольт-амперных характеристик микронных слоев каменной соли в сверхсильных электрических полях // Изв. вузов. Сер. Физика. 1989. - №7. - С. 115-117.

70. Von Hippel А. // Ztschr. Für Physik. 1931. - Bd.67. - №11/12. - S. 707-724.

71. Воробьев A.A., Воробьев Г.А., Мурашко JI.T. // ФТТ. 1962. - Т. 4. - №7. -С. 1967-1968.

72. Allnatt A.R., Lidiard A.B. Atomic Transport in Solids. — Cambridge Univ Press, 1993, 572 p.

73. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев O.A. Реакция поверхностей скола ЩГК при комплексном воздействии нагрева и электрического поля // Китайско-Российский симпозиум «Новые материалы и технологии». — Пекин, КНР.-2001.

74. Иверонова В.И., Ревкевич Г.П. Теория рассеяния рентгеновских лучей. -М.: МГУ, 1978

75. Поликарпов В.М. Переход «порядок-беспорядок» в кремний-, германий- иборсодержащих полимерах и их органических аналогах. Дисдокт. хим.наук. М.: ИНХС РАН. 2003. 302 с.

76. Kuzmin N.N., Matuchina E.V., Makarova N.N., Polikarpov V.M., Antipov E.M. X-Ray diffusive scattering and the mesomorphic states in polymers // Macromol. Chem., Macromol. Symp. 1991. - V. 44. - P. 155-164.

77. Таблицы физических величин. Справочник / под редакцией И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976.

78. Пшеничнов Ю. П. Выявление твердой структуры кристаллов. М.: Металлургия, 1974.

79. Хирт Дж., Лоте И. Теория дислокаций. М.: Атомиздат, 1972. - 599 с.

80. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М.: Высшая школа, 1983.-144 с.

81. Хладик Дж. Твердые электролиты // Физика электролитов / Под ред. Дж. Хладика. М.: Мир, 1978. - С. 46-91

82. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977.-448 с.

83. Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник / под ред. А.П. Зефирова. М.: Атомиздат, 1965.

84. Термические константы веществ: Справочник. В 10-и выпусках / под ред. В.П. Глушко. Вып. 10.-М.: Наука, 1981.

85. Казрагис А.П. Исследование зависимости точек плавления галогенидов щелочных металлов от их состава и структуры. I. Зависимость точек плавления галогенидов щелочных металлов от атомных параметров // Журн. физ. химии. 1970. - Т. 44. - №7. - С. 1651-1656.

86. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Иванов В.П., Николюкин A.M. Структура и морфология поверхностей скола щелочногалоидных кристаллов в электрическом поле при одновременном нагреве // Вестник ТамбГУ. -1996. Т. 1. - Вып. 1. - С. 21 -24.

87. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Николюкин A.M., Иванов В.П. Поведение поверхностей скола щелочногалоидных кристаллов в электрическом поле при одновременном нагреве // ФТТ. 1996. - Т. 38. - №2. - С. 664-666.

88. Карыев Л.Г. Влияние неоднородности дислокационной структуры на процессы разрушения и залечивания щелочногалоидных кристаллов. Дис. . канд. физ.-мат. наук: 01.04.07.-Тамбов: ТамбГУ. 1998. 145 с.

89. Федоров В.А., Карыев Л.Г. Влияние исходной дислокационной структуры на зарождение трещин в кристаллах LiF при микроиндентировании // Кристаллография. 1990. - Т. 35. - №5. - С. 1020-1022.

90. Иоффе А.Ф. Избранные труды. Т. 1. Механические свойства кристаллов. -Л.: Наука, 1974. 326 с.

91. Allnatt A.R., Lidiard А.В. Statistical theories of atomic transport in crystalline solids // Reports on Progress in Physics. 1987. - Vol. 50. - №4. -pp. 373-500.

92. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т. II. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958. -509 с.

93. Молоцкий М.И. Рекомбинационный механизм эмиссии электронов Дерягиной-Кротовой-Карасева после скола // ДАН СССР. 1978. - Т. 243. - №6. - С. 1438-1441.

94. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. М.: Мир, 1969. - 558 с.

95. Данков П.Д. Строение и свойства поверхности твердого тела. Л.: Изд-во АН СССР, 1940.-155 с.

96. Иванов В .П., Карыев Л.Г., Федоров В.А. Залечивание трещин в щелочногалоидных кристаллах ионным током // Кристаллография. 1995. -Т. 40.— №1. - С. 117-121.

97. Желудев И.С. Электрические кристаллы. -М.: Наука, 1969

98. Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev О.A. Response of cleavage surface of alkali-halide on complex action of heat and electric field // EPS-12: General Conference Trends in Physics. 26-30 Aug. 2002. Budapest. P. 35-36.

99. Карыев Л.Г., Мексичев O.A. Федоров В.А. Структура и морфология поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле // IV Державинсие чтения. Матер, научн. конфер. молодых ученых (февр. 1999 г.): Тамбов: изд-во ТамбГУ, 1999. С. 19.

100. Карыев Л.Г., Федоров В.А., Мексичев О.А. Аккумуляция электрического заряда у поверхности ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле // Физика и химия обработки материалов. 2002. - №5. - С. 87-89.

101. Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev O.A. Behavior of cleavage surface of alkali-halide exposured in complex of electric field and heating // Twelfth International Conference On The Strength Of Materials (ICSMA-12). -Asilomar, California USA, 2000.

102. Федоров B.A., Карыев Л.Г., Мексичев O.A. Реакция поверхностей скола ЩГК при комплексном воздействии нагрева и электрического поля // V Державинские чтения. Материалы научн. конф. преподавателей и аспирантов. ТамбГУ, 2000. С. 63-65.

103. Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела: в 2 т. Т.1 СПб.: Изд-во С.Петерб. университета, 2000. - 616 с.

104. Фриауф Р.Дж. Основы теории процессов ионного переноса // Физика электролитов / Под ред. Дж. Хладика. М.: Мир, 1978. - С. 165-217 с.

105. Bannon N.M., Corish J., Jacobs P.W.M. A theoretical study of the formation and aggregation of vacancy-impurity dipoles in divalently doped alkali halide crystals. Philosophical Magazine A. - 1985. - Vol. 51.- №6. - P. 797-814

106. Pozniak J., Berg G. Theoretical analysis of the dipole polarization and depolarization in Me44" doped NaCl - type alkali halide crystals. - Physic Status Solidi A. - 1983. - Vol. 78. - №1. - P. 69-76

107. Губкин A.H., Голова В.А. Токи термодеполяризации и электретный эффект в щелочно-галоидных монокристаллах. Известия Вузов сер. Физика.-1973.-№8(135).-С. 132-134.

108. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. Поведение поверхности скола щелочногалоидных кристаллов при нагреве в электрическом поле // Физика и химия обработки материалов. 2003. - №3. - С. 77-80.

109. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев О.А. О перераспределении электрического заряда у поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле // Вестник ТамбГУ. VII Державинские чтения.

110. Материалы научн. конференции препод, и аспирантов. Серия: Естественные и технические науки. Т.7. - Вып. 1. - 2002. - С. 95-96.

111. Карыев Л.Г., Федоров В.А., Мексичев O.A., Васильева И.В. Структура и морфология поверхности ЩГК при нагреве в электрическом поле. // Труды XXXIV Международного семинара «Актуальные проблемы, прочности» Вестник ТамбГУ. 1998. - Т.З. - № 3. - С. 285-287.

112. Федоров В.А., Карыев Л.Г., Мексичев O.A. Влияние поверхностных токов на состояние щелочногалоидных кристаллов // Тезисы докладов XXXVII Международного семинара «Актуальные проблемы прочности» -Киев, 2001.-С. 417-418.

113. Карыев Л.Г., Мексичев O.A., Стерелюхин A.A., Федоров В.А.Влияние поверхностных токов на состояние поверхности щелочногалоидных кристаллов // Вестник ТамбГУ. Серия: Естественные науки. — Т. 8. -Вып. 1.-2003.-С. 184.

114. Блейкмор Дж. Физика твердого тела. М.: Мир, 1988.

115. Левич В.Г. Курс теоретической физики. М.: Наука, 1969.

116. Вараксин А.Н. Взаимодействие и миграция точечных структурных дефектов в твердых телах на основе щелочно-галоидных кристаллов и гидридов металлов: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук: 01.04.10 Урал, политехи, ин-т. Екатеринбург, 1992. 52 с.

117. Вараксин А.Н. Взаимодействие и миграция точечных структурных дефектов в диэлектриках на основе щелочно-галоидных кристаллов

118. Компьютер, моделирование); УрО РАН, Ин-т пром. экологии, Екатеринбург: ИПЭ, 1997. 127 с.

119. Зайнуллина В.М. Квантовохимическое моделирование электронной структуры, химической связи и ионной проводимости фторидов и оксидов. Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук: 02.00.21: УГТУ. -Екатеринбург, 1999. 22 с.

120. Лагунов В.А., Синани А.Б. Компьютерное моделирование деформирования и разрушения кристаллов // ФТТ. — 2001. Т.43. -Вып. 4.-С. 644-650.

121. Лагунов В.А., Синани А.Б. Компьютерное моделирование межузельных атомов в двумерных нанокристаллах // ФТТ. 2003. - Т.45. - Вып. 3. -С. 542-547.

122. Мексичев О.А., Федоров В.А., Карыев Л.Г., Холодилин В.Н. Модели поверхностных процессов в ионных кристаллах при нагреве в электрическом поле // Вестник ТамбГУ. 2001. - Т.6. - Вып. 4. -С. 413-417.

123. Feodorov V.A., Kariev L.G., Meksichev О.А. Structure and morphology of surfaces of alkali-halide under heating in an electrical field // Proc. SPIE. The International Society for Optical Engineering. 1998. - V.3687. - P.377-378.

124. Карыев Л.Г., Федоров В.А., Мексичев О.А. Структура и морфология поверхностей ионных кристаллов при нагреве в электрическом поле // IV Державинские чтения. Материалы научной конференции препод., и аспирантов. Тамбов: Изд-во ТамбГУ. 1999. - С. 56.