BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri Kristal Kusurları Dr. Ersin Emre Ören Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara - TÜRKİYE eeoren@etu.edu.tr http://eeoren.etu.edu.tr
Kristal Kusurları Neden Önemlidir? Crystals are like people, it is the defects in them, which tend to make them interesting! Colin Humphreys Atom Bağları + Kristal Yapılar + Kristal Kusurları Malzeme Özellikleri Mekanik Optik Elektriksel Manyetik Isıl... Carat Clarity Color Cut Karat Netlik Renk Kesim
Kristal Kusurları Neden Önemlidir? Elektronik Özellikler: P-tipi yarıiletkenler n-tipi yarıiletkenler Silikon (Si) Bor (B) Fosfor (P) Mikroelektronik Devreler Mekanik Özellikler:
Kristaller hiçbir zaman mükemmel bir şekilde oluşmazlar ve içlerinde herzaman kusurlar bulunur. Kristal Kusurları Nokta Kusurları Çizgi Kusurları Düzlemsel Kusurlar Hacim Kusurları 0 Boyutlu 1 Boyutlu 2 Boyutlu Boyutlu Nokta Kusurları: En basit nokta kusuru boşluk (vacany) olarak adlandırılır ve normalde olması gereken bir atomun eksikliğidir. Eksilen bu atom başka biryerde sıkışma yaratabilir bu tip kusurlarada öz arayer kusuru (self-interstitial) denir. Sistemdeki toplam atom yeri Denge Boşluk Sayısı: N v Q = Nexp v kt Boşluk oluşturmak için gerekli enerji Sıcaklık ( o K) Arrhenius Denklemi Boltzmann Sabiti
Teorik ve Gerçek Yoğunluk Demir: Hacim Merkezli Kübik a Fe = 2.866 A AFe = 55.847 g / mol o Fe = 7.874 g/cm Teorik Yoğunluk: Fe 2 atom/bh 55.847 g/mol = = 7.879 g/cm 8 2 2.86610 cm 6.02210 atom/mol ( ) Gerçek Yoğunluk: Fe X atom/bh 55.847 g/mol = = 7.874 g/cm 8 2 2.86610 cm 6.02210 atom/mol ( ) X = 1.99878 atom/bh Birim Hücre Boşluk Sayısı = 2 1.99878 = 0.00122 boşluk/bh 0.00122 boşluk/bh 1 cm teki 5.18 10 boşluk/cm 2.866 10 cm / BH 19 Boşluk Sayısı = = ( 8 )
Farklı Sıcaklıklarda Boşluk Konsentrasyonu Bakır: Yüzey Merkezli Kübik a =.6151A Q = 20000 cal / Cu N v =? o v mol o T = 25 C k = 1.987 cal/mol K = 8.14 Joule/mol K = 8.6210 ev/k 5 N v Q = Nexp v kt N 4 atom/bh = = 8.46610 atom/cm.6151 10 cm / BH ( 8 ) 22 N v 20000 cal / mol = 8.46610 atom/cm exp = 1.81410 boşluk/cm 1.987 cal/mol K 298 K 22 8 o
Nokta Kusurları Katılarda Safsızlıklar (Impurity): Asal Yer Safsızlığı (Substitutional Impurity) Ara Yer Safsızlığı (Interstitial Impurity) Alaşım (Alloy): İki veya daha fazla metalin veya bir metal ile ametelin karışımıdır. Katı Çözeltiler (Solid Solution): Çözünen (Solute): Az bulunan atom, impurity atom Çözen (Solvent): Çok bulunan atom, ana atom
Kristal Kusurları Neden Önemlidir? Atom Bağları + Kristal Yapılar + Kristal Kusurları Malzeme Özellikleri Mekanik Optik Elektriksel Manyetik Isıl... Kristaller hiçbir zaman mükemmel bir şekilde oluşmazlar ve içlerinde herzaman kusurlar bulunur. Kristal Kusurları Nokta Kusurları Çizgi Kusurları Düzlemsel Kusurlar Hacim Kusurları 0 Boyutlu 1 Boyutlu 2 Boyutlu Boyutlu
Nokta Kusurları _ Boşluk Arayer Atomu Frenkel Kusuru Küçük Anayer Atomu Büyük Anayer Atomu Schottky Kusuru BMM 205 - OREN, EE + May 21, 2019
Önümüzdeki Ders Saatinde Ders Kitabımızın 4. Bölümündeki adlı konuya devam edeceğiz! ve Ders Kitabımızın 5. Bölümündeki KATILARDA YAYINIM (DİFÜZYON) adlı konuya başlayacağız!