Defektkonzentrationen

Defektkonzentrationen bezeichnen die mittlere Anzahl von Kristalldefekten pro Volumen oder pro Gitteratome in Festkörpern. Sie umfassen Punktdefekte wie Vakanzen (Leerstellen), Interstitialdefekte, Antisite-Defekte sowie Defektcluster und, bei größeren Strukturen, Linien- oder Flächenfehler. In der Praxis werden Defektkonzentrationen oft als Defekte pro Gitteratom oder pro Kubikmeter angegeben. Ihre Werte hängen von Material, Temperatur, Stöchiometrie und Bearbeitungsgeschichte ab.

Im thermischen Gleichgewicht hängen Defektkonzentrationen stark von der Bildungskosten ab und folgen grob einer Arrhenius-Beziehung. Die Bildungskosten (E_f) eines Defekts hängen von der Defektart, der Materialzusammensetzung und dem chemischen Potential ab. Höhere Temperaturen erhöhen die Defektkonzentration, da mehr Defekte energetisch zulässig geschaffen werden können; Abweichungen von der Stöchiometrie können außerdem extrinsische Defekte erzeugen oder bestehende Defekte stabilisieren.

Defektkonzentrationen beeinflussen Diffusion, mechanische Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit eines Materials. In Halbleitern kontrollieren Defekte die Trägerdichte und damit das Fermi-Niveau sowie die Verteilung von Ladungsträgern. In Metallen wirken sie sich auf Festigkeit, Duktilität und Härte aus. Strahlungsinduzierte oder plastische Defekte können außer Gleichgewicht entstehen und durch Wärmebehandlung oder Rekombination reduziert oder reorganisiert werden.

Konzentrationen lassen sich aus Wachstumsbedingungen, Umgebung und Störungsquellen ableiten; experimentell werden sie durch Diffusionsmessungen, Positronen-Annihilationsspektroskopie, Tiefen- oder EPR-Spektroskopie sowie andere charakteristische Verfahren abgeschätzt.