位错源
晶体学学科之一
位错源是晶体中位错开始发生的部位。是晶体学学科之一,是晶体中位错。位错可在晶体生成过程中产生,也可在晶体形成后于应力集中处开始发生。
简介
位错的产生可分为两大类:增殖与成核。当晶体中无位错源时,新位错的产生必须靠成核。位错成核的方式又可分为两种,即应力成核(机械应力和热应力)和过饱和点缺陷凝聚成核。应力成核中有均匀成核和非均匀成核两种情况。理论分析结果表明,均匀成核所需要的切应力很大,约等于晶体切变模量的十分之一,在实验中很难观察到。对完整的LiF 晶体施加高达切变模量的八十五分之一的切应力而未能引起位错成核。
非均匀成核又称应力集中成核,由于应力集中的影响, 可以大大地减小位错成核的平均应力。因应力集中使位错成核的情况较多:表面印压,产生位错花结,气表面台阶即, 在台阶处产生滑移带;体内杂质团(或小颗粒),引起局部区域的范性形变等等。在AgCI 晶体中观察到由于热应力的作用,在体内小玻璃球附近产生的棱柱型位错环和螺旋管形棱柱位错。
在硅单晶中观察到由于杂质团的作用,产生的位错环列。研究硅单晶中某些位错源和位错的增殖情况。在研究区熔法生长的硅单晶中的缺陷时,发现了由于热应力作用在杂质条周围产生的位错环列。用化学侵蚀法研究了它们的空间结构,以及位错环列相交、互作用而形成的位错网。
外加应力使位错运动
蚀斑列所显示的位错如果是可滑动的,在一定的应力作用下,应发生运动。采用的方法是将晶体切割成尺寸为1.2 x 1.5 x 9mm3的条状样品,在80℃下进行三点弯曲形变。形变时施加的应力较低,仅使位错刚刚能滑动,而不产生大量滑移带。形变后侵蚀观察。在垂直弯曲轴的{112} 面上,发现了蚀斑分布。
每列蚀斑以大黑蚀斑为界,一半伸展出去,蚀斑的间距增大,而另一半变化不大,且两列蚀斑伸展的方向不同,互相错开。受张应力和压应力的面上观察到的效果相类似。
高温退火, 位错运动与重新分布
未经高温处理的蚀斑列所代表的位错是紧密排列的, 不便于用侵蚀法观察其结构。考虑到它们相距很近, 其间的弹性互作用将是很强的;高温下位错滑移运动的临界切应力将降低,位错间的相互作用力将使它们分散开,这将便于研究位错的空间结构及其性质。为此样品做高温退火处理,处理规范为1350℃ 2 小时与1100℃ 4小时。
位错列蚀斑散开分布
退火后侵蚀观察到位错蚀斑明显散开,当交替抛光、侵蚀时,有的位错蚀斑消失,有的在原处重新出现。有两种形貌的蚀斑列:一类蚀斑中心呈白色,抛光再侵蚀、不出现新蚀斑。而另一类蚀斑呈黑色,抛光再侵蚀,出现新蚀斑列,新、旧蚀斑数基本一致。经多次抛光、侵蚀后出现的新蚀斑列。蚀斑列按形貌和分布, 可分为下述三种情况:
长条形蚀斑及位错蚀斑列
此种情况是在一个长条形蚀斑的两侧、在互成120°角的两个<110>方向上,有两列较长的蚀斑列;在垂直蚀斑列方向上蚀斑成对排列;其形貌特点是中心有一个亮点,这表明蚀坑的底是平的,外形类似雨滴状,尖端被一条隐约可见的白色线条连接起来,当抛光再侵蚀时,这种蚀斑就变成抛光蚀斑,而不再出现新的位错蚀斑,这意味着位错线已被抛光侵蚀掉。在条状蚀斑两侧、仅沿一个方向产生位错蚀斑列,两列位错蚀斑具有明显的一一对应关系。三种典型的位错线或位错环的蚀象列, 位错线蚀象取<112 >方向。有的蚀象发生弯曲,通常末端蚀象弯曲得最大,弯曲的方向指向位错环列散开的方向。位错线蚀象的交叉表明位错环发生交叉。
条状缺陷占据{110}方向,实验中测定,条状缺陷的长度在5-230μm 范围内。在{111} 观察面上,每个条状缺陷可在其本身占据以外的四个<110 >方向上产生位错环列,所以同时观察到的位错环列数不多于4 支。条状缺陷及其相应的位错环列,当再抛光、侵蚀时都同时消失,这表明在垂直于观察面的<111>方向上,位错环的尺寸和条状缺陷的尺寸是相同的, 并且线度较小,仅为微米的量级( 从抛光侵蚀去掉的硅层厚度估计的)。
三角形大蚀斑及位错蚀斑列
此种情况位错蚀斑以三角形大蚀斑为界向着相反的<110 >方向分散开,当再抛光、侵蚀时,新蚀斑在抛光蚀斑的一个角上出现,说明位错线取<112 >方向,也表明位错线深入到观察面下更深处。蚀斑间的对应关系最为明显,分散开的两列蚀斑在斜方向上一一对应。同时也观察到此种蚀斑列中位错线的蚀象,有相交的蚀象显示出相交叉的位错环。在多次抛光侵蚀过程中大三角形蚀斑在观察面上移动的方向是<112 >,由此可知此种缺陷在与观察面相交的<110 >方向上。这与条状缺陷的取向是一致的。在抛光、侵蚀过程中,蚀斑列和大三角形蚀斑的出现、消失的规律不像条状缺陷那样简单;有时蚀斑全部消失,有时数目增多,在几个抛光蚀斑的基础上产生两个新的蚀斑列,没有发现在交叉的<110 > 方向上出现这种位错蚀斑列,一般都在大三角形蚀斑的两侧,分布在一侧的较少。
单纯位错蚀斑列
这种情况是仅有位错蚀斑列,没有上述两种情况中的长条形蚀斑和大三角形蚀斑。位错蚀斑列也总是在<110 > 方向上,并且蚀斑列的中间部分经常是没有蚀斑。当再抛光、侵蚀时,蚀斑数有增减。再抛光、侵蚀以后,抛光蚀斑中出现新的蚀斑,但有些蚀斑消失了,新蚀斑的尖端指向蚀斑列的中心,这表明位错线不是平行于观察面的。
参考资料
最新修订时间:2022-12-06 11:23
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