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Versetzungsdichte Unter der ρ versteht man die Gesamtlänge aller Versetzungslinien pro Volumeneinheit in einem kristalli

Versetzungsdichte

Unter der Versetzungsdichte ρ versteht man die Gesamtlänge aller Versetzungslinien pro Volumeneinheit in einem kristallinen Festkörper. Sie hat die Einheit

Durch eine erhöhte Versetzungsdichte wird in einem Metall die Festigkeit erhöht (vgl. Kaltverfestigung):

sowie das Umformvermögen und die elektrische Leitfähigkeit verringert.

Beispiel: Die Versetzungsdichte in speziell gezüchteten Kupfereinkristallen beträgt etwa 108 m/m³ und kann bei starker Verformung bis auf etwa 1015 m/m³ ansteigen.

Messung Bearbeiten

Direkte Methoden Bearbeiten

Versetzungsätzen / EPD-Bestimmung Bearbeiten

Die älteste bekannte Möglichkeit zur Sichtbarmachung von Versetzungen und Bestimmung ihrer Dichte besteht darin, die betreffenden Kristalle zu ätzen. Dabei werden Atome aus dem Spannungsfeld von oberflächennahen Versetzungen leichter herausgelöst. Es entstehen so genannte Ätzgrübchen, deren Dichte in einem Lichtmikroskop gezählt werden kann. Die sich dabei ergebende etch pit density, engl. Ätzgrubendichte, kurz EPD, ist vor allem in der Halbleiterindustrie ein Maß für die Qualität von Halbleiter-Wafern.

Silizium-Wafer für die Mikroelektronik oder Epitaxie haben für gewöhnlich eine relativ geringe Ätzgrubendichte von < 103 cm−2 während beispielsweise GaAs-Wafer in der Größenordnung 105 cm−2 liegen.

Die Bestimmung der etch pit density ist geregelt in DIN 50454-1 und ASTM F 1404.

TEM Bearbeiten

Das Spannungsfeld um Versetzungen kann im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) auch direkt sichtbar gemacht werden. Damit ist auch eine Bestimmung der Versetzungsdichte über Bildauswerteverfahren möglich. Da das in einem Bild beobachtbare Volumen jedoch sehr klein ist, ergibt sich ein hoher Aufwand.

Infrarot-Lichtmikroskopie Bearbeiten

Bei Halbleitern kann die Versetzungsdichte auch mit speziellen Lichtmikroskopen, die mit IR-Licht arbeiten, bestimmt werden. Viele Halbleiter sind in diesem Spektralbereich transparent – die Versetzungslinien werden sichtbar und können gezählt werden.

Indirekte Methoden Bearbeiten

Die Versetzungsdichte kann auch mit Beugungsmethoden bestimmt werden. Die am häufigsten verwendete Methode ist dabei die röntgenographische Profilanalyse, die die Profilverbreiterung von Röntgenpeaks infolge der (integralen) Gitterverzerrung im Umfeld der Versetzungen misst.

Literatur Bearbeiten

  • Günter Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2001, ISBN 978-3-540-41961-7.
  • Bernhard Ilschner, Robert F. Singer: Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik. 3. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2002, ISBN 978-3-540-67451-1.
  • Günter Gottstein: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 4. Auflage, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-36602-4.

Siehe auch Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

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Veröffentlichungsdatum:
Unter der Versetzungsdichte r versteht man die Gesamtlange aller Versetzungslinien pro Volumeneinheit in einem kristallinen Festkorper Sie hat die Einheit m m 3 m 2 displaystyle mathrm frac m m 3 m 2 Durch eine erhohte Versetzungsdichte wird in einem Metall die Festigkeit s displaystyle sigma erhoht vgl Kaltverfestigung s r displaystyle sigma propto sqrt rho sowie das Umformvermogen und die elektrische Leitfahigkeit verringert Beispiel Die Versetzungsdichte in speziell gezuchteten Kupfereinkristallen betragt etwa 108 m m und kann bei starker Verformung bis auf etwa 1015 m m ansteigen Inhaltsverzeichnis 1 Messung 1 1 Direkte Methoden 1 1 1 Versetzungsatzen EPD Bestimmung 1 1 2 TEM 1 1 3 Infrarot Lichtmikroskopie 1 2 Indirekte Methoden 2 Literatur 3 Siehe auch 4 WeblinksMessung BearbeitenDirekte Methoden Bearbeiten Versetzungsatzen EPD Bestimmung Bearbeiten Die alteste bekannte Moglichkeit zur Sichtbarmachung von Versetzungen und Bestimmung ihrer Dichte besteht darin die betreffenden Kristalle zu atzen Dabei werden Atome aus dem Spannungsfeld von oberflachennahen Versetzungen leichter herausgelost Es entstehen so genannte Atzgrubchen deren Dichte in einem Lichtmikroskop gezahlt werden kann Die sich dabei ergebende etch pit density engl Atzgrubendichte kurz EPD ist vor allem in der Halbleiterindustrie ein Mass fur die Qualitat von Halbleiter Wafern Silizium Wafer fur die Mikroelektronik oder Epitaxie haben fur gewohnlich eine relativ geringe Atzgrubendichte von lt 103 cm 2 wahrend beispielsweise GaAs Wafer in der Grossenordnung 105 cm 2 liegen Die Bestimmung der etch pit density ist geregelt in DIN 50454 1 und ASTM F 1404 TEM Bearbeiten Das Spannungsfeld um Versetzungen kann im Transmissionselektronenmikroskop TEM auch direkt sichtbar gemacht werden Damit ist auch eine Bestimmung der Versetzungsdichte uber Bildauswerteverfahren moglich Da das in einem Bild beobachtbare Volumen jedoch sehr klein ist ergibt sich ein hoher Aufwand Infrarot Lichtmikroskopie Bearbeiten Bei Halbleitern kann die Versetzungsdichte auch mit speziellen Lichtmikroskopen die mit IR Licht arbeiten bestimmt werden Viele Halbleiter sind in diesem Spektralbereich transparent die Versetzungslinien werden sichtbar und konnen gezahlt werden Indirekte Methoden Bearbeiten Die Versetzungsdichte kann auch mit Beugungsmethoden bestimmt werden Die am haufigsten verwendete Methode ist dabei die rontgenographische Profilanalyse die die Profilverbreiterung von Rontgenpeaks infolge der integralen Gitterverzerrung im Umfeld der Versetzungen misst Literatur BearbeitenGunter Gottstein Physikalische Grundlagen der Materialkunde 2 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg 2001 ISBN 978 3 540 41961 7 Bernhard Ilschner Robert F Singer Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik 3 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg 2002 ISBN 978 3 540 67451 1 Gunter Gottstein Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 4 Auflage Springer Verlag Berlin Heidelberg 2014 ISBN 978 3 642 36602 4 Siehe auch BearbeitenEigenspannungWeblinks BearbeitenVerfestigungsmechanismen metallischer Werkstoffe abgerufen am 10 November 2016 Modellierung und Simulation kristallplastischer Werkstoffe mit Hilfe von Versetzungsdichten abgerufen am 10 November 2016 Materialtheorie abgerufen am 10 November 2016 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Versetzungsdichte amp oldid 239033430