User:Alireza.Kalayeh/عیب نقص در چینش

در کریستال‌شناسی، عیب نابجایی  یک خطای صفحه‌ای است که در مواد بلوری اتفاق می‌افتد. مواد بلوری الگوهای تکراری از لایه‌های اتمی تشکیل می‌دهند. عیب‌ها می‌توانند در توالی این لایه‌ها رخ دهند و به‌عنوان عیب نابجایی  شناخته شوند. عیب نابجایی  در یک حالت انرژی بالاتر قرار دارند که با آنتالپی تشکیل بر واحد مساحت به نام انرژی عیب نابجایی مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرد. عیب نابجایی ممکن است در مواقع رشد بلور یا از تغییر شکل پلاستیکی پدید آیند. علاوه بر این، عیب‌های رشته‌ای در مواد باانرژی عیب نابجایی کم عموماً به یک عیب نابجایی  متمایز شده تبدیل می‌شوند که توسط نابجایی جزئی رشته محدود می‌شود. مثال‌های رایجی از  عیب نابجایی در ساختارهای بلوری با تراکم نزدیک یافت می‌شود. ساختارهای مکعب مرکزی برخوردار (fcc) از ساختارهای شبکه کریستالی هگزاگونال فشرده (hcp) تنها در ترتیب تراکم تفاوت دارند: هر دو ساختار دارای صفحات اتمی بسته‌بندی نزدیک با شش‌ضلعی‌ات هستند، به این معنی که اتم‌ها مثلث‌های متساوی الساق‌های متعامد تشکیل می‌دهند. هنگام قراردادن یکی از این لایه‌ها روی لایه دیگر، اتم‌ها مستقیماً روی یکدیگر قرار نمی‌گیرند. دولایه اول برای hcp و fcc یکسان هستند و با نشانه‌گذاری AB مشخص می‌شوند. اگر لایه سوم به‌گونه‌ای قرار داده شود که اتم‌های آن مستقیماً بالای اتم‌های لایه اول باشند، تراکم ABA خواهد بود - که این ساختار hcp است و ادامه ABABABAB خواهد داشت. بااین‌حال، مکان دیگری نیز برای لایه سوم وجود دارد، به‌گونه‌ای که اتم‌های آن بالای اتم‌های لایه اول قرار نمی‌گیرند. در این صورت، اتم‌های لایه چهارم مستقیماً بالای اتم‌های لای‌های اول قرار می‌گیرند. این باعث تشکیل تراکم ABCABCABC می‌شود که در جهت [111] یک ساختار بلوری مکعبی است. در این زمینه،  عیب نابجایی یک انحراف محلی از یکی از دنباله‌های نابجایی بسته به دنباله دیگر است. معمولاً فقط وقفه‌های یک، دو یا سه‌لایه در دنباله نابجایی به‌عنوان عیب نابجایی  مورد اشاره قرار می‌گیرند. یک مثال برای ساختار fcc دنباله ABCABABCAB است.

تشکیل عیب نابجایی در بلورهای FCC
عیب نابجایی که به‌صورت دوبعدی و صفحه‌ای در مواد بلوری رخ می‌دهند، می‌توانند در طول رشد بلور، در حین تغییر شکل پلاستیکی به دلیل حرکت جزئی از حرکت‌های ناقصی ناشی از جداسازی یک خطای کامل، یا به‌وجودآمدن عیب نقطه‌ای در حین تغییر شکل پلاستیکی با نرخ بالا شکل بگیرند. شروع و پایان یک عیب نابجایی با نابجایی خطی جزئی مانند یک نابجایی لبه‌ای جزئی مشخص می‌شود. نابجایی های خطی معمولاً در صفحه‌ای با نزدیک‌ترین تراکم در جهت نزدیک‌ترین تراکم اتفاق می‌افتند. برای بلور FCC، صفحه‌ای با نزدیک‌ترین عیب صفحه (111) است که به عنوان صفحه سربندی شناخته می‌شود و جهت نزدیک‌ترین عیب جهت [110] است. بنابراین، یک عیب خطی کامل در بلور FCC بردار برگر ½ را دارد که برداری ترجمه‌ای است.

تجزیه به دو نابجایی جزئی مطلوب است زیرا انرژی یک خطای خطی به مربع مقدار بردار برگر وابسته است. به عنوان مثال، یک نابجایی لبه‌ای می‌تواند به دو نابجایی جزئی Shockley با بردار برگر 1/6 تجزیه شود. این جهت دیگر در جهت نزدیک‌ترین نابجایی نیست، و به دلیل اینکه دو بردار برگر به زاویه 60 درجه نسبت به یکدیگر قرار گرفته‌اند تا یک نابجایی کامل را تکمیل کنند، دو نابجایی جزئی از یکدیگر دفع می‌شوند. این دفع نتیجه‌ای از میدان‌های تنش پیرامون هر نابجایی جزئی است که بر نابجایی دیگر تأثیر می‌گذارد. نیروی دفع بستگی به عواملی مانند مدول شیر، بردار برگر، ضریب پواسون و فاصله بین نابجایی ها دارد.

همانطور که نابجایی های جزئی دفع می‌شوند، عیب نابجایی در میانه ایجاد می‌شود.توسط خاصیت عیب نابجایی به عنوان یک خطا، انرژی آن بالاتر از بلور کامل است و بنابراین به ترکیب دو نابجایی جزئی می‌انجامد. وقتی که نیروی جذبی این خطا نیروی دفعی فوق را تعادل می‌دهد، خطاها در وضعیت تعادل قرار می‌گیرند.

انرژی خطای تراکمی می‌تواند از عرض نابجایی تعیین شود.


 * $$ SFE = {G \boldsymbol{b}_1 \cdot \boldsymbol{b}_2 \over 2 \pi d} = {Gb^2 \over 4 \pi d} $$

در اینجا  b1و b2بردار های برگرز وb بردار اندازه ای برای نابجای جداشده،  Gمدول برشی وd فاصله ی بین دو نابجایی جزئی است.

خرابی‌های توده‌ای همچنین ممکن است توسط تقسیم‌های جزئی فرانک با بردار برگر ۱/۳<۱۱۱> ایجاد شوند. دو نوع خرابی توده‌ای ناشی از تقسیم‌های جزئی فرانک وجود دارند: درونی و بیرونی. خرابی توده‌ای درونی به وسیله تجمع جاگذاری خالی ایجاد می‌شود و یک صفحه از توالی ABCA_BA_BCA که BA خرابی توده‌ای را نشان می‌دهد، از بین می‌برد. خرابی توده‌ای بیرونی به وسیله تجمع جاگذاری میانی ایجاد می‌شود و یک صفحه اضافی با توالی ABCA_BAC_ABCA وجود دارد.

تصویر کردن گسل های انباشته با استفاده از میکروسکوپ الکترونی
عیب نابجایی می‌توانند با استفاده از میکروسکوپ الکترونی تصویربرداری شوند. یکی از روش‌های معمول استفاده شده، میکروسکوپ الکترونی تراگسری (TEM) است. روش دیگر، تصویربرداری کانالینگ الکترونی در میکروسکوپ الکترونی پراکنشی (SEM) است.

در SEM، نقاط ضعف نزدیک سطح می‌توانند شناسایی شوند زیرا بازده الکترون‌های پراکنده به عقب در مناطق نقص که شبکه بلوری در آن‌ها تنش دارد، متفاوت است و این باعث تفاوت کنتراست در تصویر می‌شود. برای شناسایی عیب نابجایی ، شناخت شرایط دقیق برگ براگ برای برخی صفحات شبکه بلوری در ماتریس بسیار مهم است به گونه‌ای که مناطق بدون نقص تعداد کمی الکترون پراکنده به عقب تشخیص می‌دهند و بنابراین تیره ظاهر می‌شوند. در عین حال، مناطق دارای خرابی توده‌ای شرایط برگ براگ را برآورده نمی‌کنند و بنابراین مقدار زیادی الکترون پراکنده به عقب تولید می‌کنند و در نتیجه در تصویر روشن ظاهر می‌شوند. برعکس کردن کنتراست تصاویری ایجاد می‌کند که  عیب نابجایی در آن به صورت تیره در میان یک ماتریس روشن ظاهر می‌شود.

در TEM، تصویربرداری با میدان روشن یکی از روش‌های استفاده شده برای شناسایی مکان عیب نابجایی است. تصویر نمونه‌ای از  عیب نابجایی به صورت تیره با شقوق روشن در نزدیکی یک مرز دانه بازوی کوتاه زاویه است که توسط تقسیمات در انتهای خرابی توده‌ای محاصره شده است. شقوق نشان می‌دهد که خرابی توده‌ای در زاویه‌ای نسبت به صفحه مشاهده قرار دارد.

انباشتگی خطاها در نیمه هادی ها
بسیاری از نیمه‌رساناهای ترکیبی، به عنوان مثال آن‌هایی که عناصر گروه‌های III و V یا گروه‌های II و VI جدول تناوبی را ترکیب شده اند. در ساختارهای بلوری بلندروی یا وورتزیت هکساگونال بلور می‌کنند. در یک بلور نیمه‌رسانا، فازهای زینک‌بلند (fcc) و وورتزیت (hcp) یک مواد خاص معمولاً انرژی‌های گپ باند مختلفی خواهند داشت. به عنوان یک نتیجه، زمانی که فاز بلوری یک عیب تراکم دارای گپ باند پایین‌تری نسبت به فاز اطرافی دارد، یک چاه کوانتومی ایجاد می‌شود که در آزمایش‌های فتولومینسانس منجر به انتشار نور با انرژی‌های پایین‌تر (طول موج‌های بلندتر) نسبت به بلور بدنه می‌شود. در مورد معکوس (گپ باند بالاتر در عیب تراکم)، این عیب تراکم یک مانع انرژی در ساختار باند بلور است که می‌تواند برانتقال جریان جاری در دستگاه‌های نیمه‌رسانا تأثیر بگذارد. 