Una constante de red o parámetro de red es una de las dimensiones y ángulos físicos que determinan la geometría de las celdas unitarias en una red cristalina , y es proporcional a la distancia entre los átomos en el cristal. Un cristal cúbico simple tiene sólo una constante de red, la distancia entre los átomos, pero en general las redes en tres dimensiones tienen seis constantes de red: las longitudes a , b y c de los tres bordes de la celda que se encuentran en un vértice, y los ángulos α , β y γ entre esos bordes.
Los parámetros de la red cristalina a , b y c tienen la dimensión de longitud. Los tres números representan el tamaño de la celda unitaria , es decir, la distancia de un átomo dado a un átomo idéntico en la misma posición y orientación en una celda vecina (a excepción de estructuras cristalinas muy simples, esta no será necesariamente la distancia a la celda unitaria). Vecino más cercano). Su unidad SI es el metro y tradicionalmente se especifican en angstroms (Å); un angstrom es de 0,1 nanómetros (nm) o 100 picómetros (pm). Los valores típicos comienzan en unos pocos angstroms. Los ángulos α , β y γ generalmente se especifican en grados .
Una sustancia química en estado sólido puede formar cristales en los que los átomos , moléculas o iones están dispuestos en el espacio de acuerdo con uno de un pequeño número finito de sistemas cristalinos posibles (tipos de red), cada uno con un conjunto de parámetros de red bastante bien definidos que son característicos de la sustancia. Estos parámetros normalmente dependen de la temperatura , la presión (o, más generalmente, el estado local de tensión mecánica dentro del cristal), [2] los campos eléctricos y magnéticos y su composición isotópica . [3] La red generalmente está distorsionada cerca de impurezas, defectos del cristal y la superficie del cristal. Los valores de los parámetros citados en los manuales deben especificar esas variables ambientales y, por lo general, son promedios afectados por errores de medición.
Dependiendo del sistema cristalino, algunas o todas las longitudes pueden ser iguales y algunos de los ángulos pueden tener valores fijos. En esos sistemas, sólo es necesario especificar algunos de los seis parámetros. Por ejemplo, en el sistema cúbico , todas las longitudes son iguales y todos los ángulos miden 90°, por lo que solo es necesario dar la longitud a . Este es el caso del diamante , que tiene a = 3,57 Å = 357 pm a 300 K. De manera similar, en un sistema hexagonal , las constantes a y b son iguales y los ángulos son 60°, 90° y 90°, por lo que la geometría está determinada únicamente por las constantes a y c .
Los parámetros reticulares de una sustancia cristalina se pueden determinar mediante técnicas como la difracción de rayos X o con un microscopio de fuerza atómica . Se pueden utilizar como estándar de longitud natural en el rango nanométrico. [4] [5] En el crecimiento epitaxial de una capa cristalina sobre un sustrato de diferente composición, los parámetros de la red deben coincidir para reducir la tensión y los defectos cristalinos.
El volumen de la celda unitaria se puede calcular a partir de las longitudes y ángulos constantes de la red. Si los lados de la celda unitaria se representan como vectores, entonces el volumen es el triple producto escalar de los vectores. El volumen está representado por la letra V. Para la celda unitaria general
Para celosías monoclínicas con α = 90° , γ = 90° , esto se simplifica a
Para redes ortorrómbicas, tetragonales y cúbicas con β = 90° también, entonces [6]
La combinación de estructuras reticulares entre dos materiales semiconductores diferentes permite que se forme una región de cambio de banda prohibida en un material sin introducir un cambio en la estructura cristalina. Esto permite la construcción de diodos emisores de luz y láseres de diodo avanzados .
Por ejemplo, el arseniuro de galio , el arseniuro de galio y el arseniuro de aluminio tienen constantes de red casi iguales, lo que permite hacer crecer capas casi arbitrariamente gruesas de uno sobre el otro.
Normalmente, las películas de diferentes materiales cultivadas sobre la película o sustrato anterior se eligen para que coincidan con la constante de red de la capa anterior para minimizar la tensión de la película.
Un método alternativo es graduar la constante de la red de un valor a otro mediante una alteración controlada de la relación de aleación durante el crecimiento de la película. El comienzo de la capa de clasificación tendrá una proporción que coincida con la red subyacente y la aleación al final del crecimiento de la capa coincidirá con la red final deseada para que se deposite la siguiente capa.
La tasa de cambio en la aleación debe determinarse sopesando la penalización de la deformación de la capa y, por tanto, la densidad del defecto, frente al coste del tiempo en la herramienta de epitaxia.
Por ejemplo, las capas de fosfuro de indio y galio con una banda prohibida superior a 1,9 eV se pueden cultivar en obleas de arseniuro de galio con clasificación de índice.
