8. Phasengrenzen

8.1 Misfit Dislocations

8.1.1 Übertragung des CSL-Prinzips; Misfit-Versetzungen

Dieses Kapitel ist im englischen Skript ausführlicher!
Startpunkt:
Nur Betrachtung von Grenzen zwischen zwei kristallinen Phasen.
Im allgemeine existiert kein CSL; da Gittertyp und Gitterparameter verschieden sind.
Das eventuell vorliegende CSL ist nicht unbedingt das Bezugsgitter. Beispiel:
zwei kubische Kristalle mit a1=1; a2=1,05
Es ist viel besser, hier eine S=1 Struktur anzustreben, und dazu einen besonderen Typ von Grenzflächenversetzung einzuführen; die Misfit-Versetzung.
Eigenschaften von Misfit-Versetzungen
Misfit-Versetzungen konzentrieren die Fehlanpassung durch verschiedene Gitterparameter auf die Versetzungslinien
Zwischen den Misfit-Versetzungen ist die Grenzfläche kohärent
Eine Phasengrenze sonst kohärente Phasengrenze mit Misfit-Versetzungen heißt semi-kohärent
Misfit-Versetzungen müssen immereine Stufenkomponente haben
Misfit-Versetzungen sind die dominierenden Defekte in den technisch wichtigen Phasengrenzen; insbesondere in der Optoelektronik
Nur wegen Misfit-Versetzungen kann GaAs nicht auf Silizium intergriert werden
Viele "Quantum Well" Strukturen leiden unter Misfit-Versetzungen
Misfit-Versetzungen treten bei dünnen Schichten einer zweiten Phase auf einem dicken Substrat erst ab einer Mindestschichtdicke auf; vorher wird die Fehlanpassung elastisch aufgefangen

8.1.2 Energiebetrachtung zur "kritischen Dicke"

Die hier geplante kurze Ableitung der berühmten Formel von Frank und van der Merve entfällt zugunsten einer lehrreichen Kopie aus einem zusammenfassenden Artikel des vielleicht berühmtesten derzeitigen TEM- und Defektexperten;
Sir Peter Hirsch; University Oxford. (Aus "Proc. 2nd Intern. Conf. on Polycrystalline Semiconductors, Schwäbisch Hall 1990, S. 470ff)
Auszug aus Sir Peters Paper
Wie man sieht, sind auch große Geister nicht vor kleinen Fehlern gefeit, denn:
Was ist e?
Was sucht h in der Gleichung für hc?
Wo steckt in Gl. 5 der Versetzungsabstand?
Trotzdem, Gl. 5 ist der Spur nach richtig: Misfit-Versetzungen sind erst ab einer kritischen Dicke hc der Schicht energetisch günstig, diese krtitische Dicke ist um so größer
je größer der mögliche Burgersvektor und
je kleiner der Misfit-Parameter f
Beobachtungen bestätigen dies: Sehr dünne Schichten haben keine Versetzungen in der Grenzfläche: damit stellt sich die schwierige und technisch außerordentlich bedeutsame Frage:
Wie kommen mit wachsender Dicke der Schicht die Misfit-Versetzungen in die Grenzfläche, und: Wie kann ich diesen Nukleations- und Wanderungsprozeß möglichst verhindern?

8.1.3 Weitere Defekte in Phasengrenzen

Semikohärente Phasengrenzen können natürlich außer Misfit-Verstzungen noch weitere Defekte enthalten
kohärente Stufen (ohne Versetzungscharakter)
Netzwerke von Versetzungen, die nach Anpassung der Gitterparameter durch Misfit-Versetzungen kleine Verdrehungen auffangen, analog zu Korngrenzen - Versetzungen
Semikohärente Phasengrenzen können auch S=3 oder andere Koinzidenz-Beziehungen haben
Ein hexagonales Gitter auf der {111} Ebene eines kubischen Kristalls entspricht einer S=3 Orientierung
Phasengrenzen zwischen kubischen Kristallen auf {111} Ebenen kommen häufig in der S=1 und S=3 Orientierung vor.
Es existieren selbstverständlich auch kompliziertere Geometrien.
Alle Defekte zu sortieren, ist schwierig; die Interpretation von TEM - Bildern ist nicht mehr einfach.
Beispiele in den Fallstudien

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