Defektedichte

Defektedichte bezeichnet in der Materialwissenschaft die durchschnittliche Anzahl von Kristallfehlern pro Volumen eines Festkörpers. Typischerweise wird sie als Defekte pro Kubikzentimeter (cm^-3) angegeben; bei Oberflächen- oder Grenzfehlern können auch Defekte pro Quadratmeter (cm^-2) sinnvoll sein. Zu den Defekten zählen Punktdefekte, Versetzungen sowie Flächen- oder Grenzfehler.

Die Defektedichte dient als Maß für Kristallqualität und Reinheit. Höhere Werte können elektrische, optische oder mechanische Eigenschaften beeinträchtigen, etwa durch Rekombination von Ladungsträgern, Streuung von Licht oder Veränderung der Festigkeit.

Im Halbleiter- und Photovoltaikbereich beeinflusst Defektedichte Ladungsträgerlebensdauer, Mobilität und Rekombinationsraten. In Metallen erhöht sie oft die Härte, kann aber Ermüdungsbeständigkeit und Duktilität verschlechtern; in Keramiken kann sie die Bruchzähigkeit beeinflussen. Sie ist daher ein zentrales Kriterium in der Qualitätskontrolle und Prozessentwicklung.

Messmethoden umfassen Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Röntgenbeugung (XRD), Positronen-Annihilationsspektroskopie (PAS) und Deep-Level-Transient-Spektroskopie (DLTS). Zusätzlich liefern optische und elektrische Charakterisierung Hinweise auf Defektzentren.

Defektedichte lässt sich durch Herstellung, Wärmebehandlung und Bestrahlung beeinflussen: Abkühlungsgeschwindigkeit, Legierungszusammensetzung, Annealing, Bestrahlung oder mechanische Behandlung ändern die Defektverteilung. Ziel ist oft die Reduktion unerwünschter Defekte oder die gezielte Einführung Defekte für spezifische Eigenschaften.