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从材料的内部移动到表面 位错的影响

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分类:德泽网/生产制造/

  这世界上的万千种材料,大体可以分成两类——脆性的和塑性的。

  一种材料是“饼干型”还是“牛轧糖型”,很大程度上取决于本身的性质,包括构成元素、微观结构和处理工艺等。

  在室温下,常见的半导体材料大多是脆性的,而这种脆性极有可能导致器件失效。

  而研究者们发现,如果在完全黑暗的条件中对硫化锌晶体进行力学测试,它却能展现出非凡的“塑性”。

  实验人员在室温下,对硫化锌施加了三种光照条件:一种是普通的白光,第二种是紫外光,第三种是完全黑暗。实验结果显示,在普通白光和紫外光的照射下,硫化锌晶体表现的是常见的脆性——对材料施加足够的力量,就会立即断裂,甚至破碎。

  实际上,在其他一些半导体材料中,也发现过光照影响材料性能的例子。

  “位错”,从字面来看是说位置错了,在这里其实特指原子排列的位置发生错误。

  当材料受力的时候,这些位错会发生移动,从材料的内部移动到表面。

  位错的影响,还远不止变形这么简单。如果你观察足够仔细,会发现在黑暗中压扁的硫化锌,颜色由透明转成了橙棕色。

  随着这些原子级别的差异逐渐累积,在肉眼可见的尺度上,最终促成了硫化锌晶体从“饼干”向“牛轧糖”的转变。

  扫描透射电子显微镜下观察不同状态硫化锌中的位错(A)原始样品(B)黑暗中变形后的样品,其中颜色较深的“蜿蜒细线”就是位错。

  由于无机半导体介于金属和绝缘体之间的可调导电性,使得它们在现代电子产品中必不可少,例如:硅。

  位错是晶体中的一类缺陷,并显著影响着晶体性能。

  因此,ZnS晶体的带隙被黑暗环境下的机械变形所控制,并且反过来影响着ZnS晶体的导电性。该团队提出,形变晶体中带隙变窄的原因是由于变形晶体中产生的位错改变了形变晶体的能带结构所导致的。

  普遍认为,由于脆性无机半导体材料含有极强的化学键,使得该材料不易产生位错。然而,我们发现,当ZnS晶体在黑暗环境中变形时,会有大量的位错产生和增加,从而使得该晶体展现出极好的塑性。

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