defektkoncentrationer

Defektkoncentrationer betecknar antalet defekter per volym eller per atomer i ett fast material. De omfattar point defects som vakans (tomrum i kristallen), interstitialer (atomer som tar plats mellan nätpunkter), antisiter och små defektkluster. I kristallina material styrs defektkoncentrationerna av temperatur, kemisk potential och defektens formationsenergi, E_f. Vid termisk jämvikt följer koncentrationen ungefär n ≈ N_sites exp(-E_f/kT), där N_sites är antalet möjliga platser för defekten. För joniska eller kovalenta kristaller är E_f ofta större än kT vid rumstemperatur, vilket ger låga koncentrationer som ökar med temperatur.

Defekter kan vara laddade; deras energier varierar med Fermi-nivån, och koncentrationerna bestäms av elektroneutralitet, dopning och defektens laddningsstat (positiv, neutral eller negativ). I praktiken är halten av olika laddningsstater i en solid ofta beslutsam för materialets elektriska och optiska egenskaper. Intrinsic defektkoncentrationer kan dominerar vid höga temperaturer eller i material med låga dopningar, medan främmande dopning kan skapa eller minska specifika defektnivåer.

Icke-jämviktssituationer, till exempel efter strålningsbelastning, snabb kyla eller plastisk deformationsbearbetning, kan ge högre defektkoncentrationer än vad jämvikt skulle medge. Dessa överskott påverkar diffusion och mikrostruktur samt mekaniska och elektroniska egenskaper. För att karakterisera defektkoncentrationer används tekniker som positronemissionsspektroskopi, elektronparamagnetisk resonans (EPR) och djupnivå-transienspektroskopi (DLTS).

Sammanfattningsvis är defektkoncentrationer centrala för förståelsen av ett materials prestation under olika förhållanden och processer, inklusive tillverkning, driftsmiljöer och strålningsrelaterade scenarier.