Нормальный и послойный рост

От характера кристаллической поверхности зависят механизм и кинетика роста кристалла. Ее структура определяется как природой вещества, так и внешними условиями, и прежде всего — степенью отклонения от равновесия, температурой и составом среды. На поверхности кристалла можно выделить геометрические и энергетические места предпочтительного присоединения кристаллообразующих частиц. К таким особым положениям в первую очередь относятся плоскости (а), ступени (б) и изломы (в) (рис. 2.27).

Для присоединений кристаллизующихся частиц энергетически самой выгодной является позиция в — излом на рис. 2.27, т. е. по Косселю — положение полу кристалла, где число связей у каждой из них составляет половину всех возможных связей, приходящихся на частицу в объеме кристалла. Особая значимость излома состоит в том, что осаждение на нем новой молекулы или атома оставляет неизменной начальную конфигурацию межфазной границы. Поскольку при этом не меняется число нескомпенсированных связей, то сохраняется прежней и поверхностная энергия кристалла. Это означает также, что химический потенциал частицы в изломе равен химическому потенциалу кристалла. Работа по ее перемещению из излома в среду (или обратно) соответствует разности потенциалов среды и кристалла — Дц.

При значительном числе изломов грань становится атомно-шероховатой, и рост кристалла не будет лимитироваться плотностью мест присоединений. Поэтому при макроскопической оценке поверхность в процессе роста смещается по нормали к самой себе в каждой своей точке. Такое явление получило название нормального механизма роста кристалла.

Рис. 2.27. Основные структурные позиции на кристаллической поверхности:

а — плоскость; б — ступень; в — излом Работа по переносу кристаллизующихся частиц из расплава, раствора или пара в другие положения, а именно более «гладкие» поверхности кристалла, уже не равна Дц, ибо в результате меняется величина о. Следовательно, при кристаллизации они сначала встраиваются в изломы, а затем — в ступени как энергетически наиболее выгодные места. После заполнения ими всего слоя необходимо создать на завершенной плоскости новые ступени с изломами. В этом случае требуется как минимум образование на гладкой грани двумерного зародыша, который постепенно покрывает всю грань за счет мигрирующих по ней частиц. Такие акты повторяются при росте гладкой грани многократно. Процесс же кристаллизации, лимитируемый плотностью изломов на растущей грани, основан на формировании и разрастании двумерных зародышей, т. е. тангенциального перемещения ступени, называется тангенциальным, или послойным ростом.