defectconcentratie

Defectconcentratie is de hoeveelheid defecten in een kristallijn materiaal, meestal uitgedrukt als het aantal defecten per volume of per latticeplaats. Punts defecten omvatten vacancies (lege latticeplaatsen), interstitiële defecten en antisites (fouten in de plek van atomen), maar ook complexen van meerdere defecten. De defectconcentratie kan in sommige gevallen worden gezet per type defect.

In thermodynamisch evenwicht is de defectconcentratie afhankelijk van de vormingsenergie van het defect, de temperatuur en de chemische omgeving. In de praktijk volgt de concentratie vaak een Arrhenius-achtige relatie: c_defect ∝ exp(-E_f/k_B T), waarbij E_f de vormingsenergie is. Voor geladen defecten kan de vormingsenergie afhangen van het Fermi-niveau en de band-edges, waardoor de defectconcentratie varieert met de elektronische toestand van het materiaal.

Invloedrijke factoren zijn onder meer temperatuur, chemische samenstelling en blootstelling aan straling of vervorming. Een hogere defectconcentratie bevordert diffusie via vacancy- of interstitiemachines, en beïnvloedt elektrische eigenschappen en mechanische sterkte. In halfgeleiders bepalen defecten samen met doping de geleiding, recombinatie en de werking van elektronische apparaten; in metalen en keramieken bepalen defecten processen zoals creep, diffusie en corrosie.

Metingen en berekeningen: defectconcentraties worden bepaald of voorspeld met experimenten zoals positronenverbrandingsspectroscopie (PAS), DLTS en EPR, en met theoretische methoden zoals density functional theory (DFT) en thermodynamische modellering. Het begrip defectconcentratie is essentieel voor het ontwerp en de optimalisatie van materialen onder verschillende thermodynamische en stralingsomstandigheden.