انواع ناکاملی ها در مکانیزم نفوذ

در مطالب قبلی به دو موضوع پدیده نفوذ و اهداف نفوذ در فناوری ساخت قطعات الکترونیکی بحث کردیم.

در ادامه این مباحث به موضوع انواع ناکاملی ها می پردازیم:

1- Vacancy

در این نوع ناکاملی ها یک اتم از ساختار شبکه حذف می شود، که به دو صورت Neutral و Charged می باشد. در بعضی موارد حتی در دمای صفر درجه کلوین هم در شبکه آنها Vacancy (جای خالی) وجود دارد.

وجود این جاهای خالی باعث می شود که اتم های اطراف آن، با گرفتن انرژی آن Vacancy را پر کنند. حال درنظر بگیرید که یک Vacancy در سطح ماده ظاهر شود. در این هنگام ماده نفوذ کننده Vacancy را پر می کند و وارد فرآیند نفوذ می شود. از آنجایی که در حالت عادی این vacancy ها کم هستند لذا یک اتم باید منتظر بماند تا این vacancy ها رخ دهند. بنابراین نفوذ از طریق این مکانیزم کند است.

به عنوان مثال در اتم ZnO ، با دادن مقداری انرژی به کریستال، اکسیژن کریستال را ترک کرده و دو تا از الکترون های آن باقی می ماند و با وارد شدن دو الکترون به درون کریستال عمل نفوذ صورت می گیرد.

نفوذ از طریق vacancy عمدتا در poly crystal رایج است. زیرا عمل کنترل با توجه به وجود grain boundary از طریق روش های دیگر اساسا مشکل است.

2- Interstitial

Interstitial اتم هایی هستند که داخل شبکه کریستال قرار می گیرند به طوری که در جای اصلی اتم ها نباشد، در واقع بین اتم ها نا خالصی ها قرار می گیرند. به این نوع، درون ساختاری نیز گفته می شود. یک Interstitial خودی یک اتم از خود شبکه است که مابین شبکه قرار گرفته است.

3- Interstitialcy

در این نوع ناکاملی اتم هایی خارج از اتم های کریستال در محل های بین اتمی که مربوط به ساختار کریستال نمی باشند قرار می گیرد نفوذ ناخالصی در این نوع از طریق فضای بازی که در شبکه ماده میزبان وجود دارد رخ می دهد. شرط لازم نفوذ به درون ماده اتم های کوچک میزبان می باشند. نفوذ Li و Cu و Si از این روش صورت می گیرد.

مکانیزم های دیگری نیز وجود دارد که می توان آنها را نیز زیر مجموعه دو حالت بالا در نظر گرفت.

برای مثال در مکانیزم Kick-out اتم های interstitial، یک اتم اصلی شبکه را هل می دهند و آن را به فضای بین اتم های کریستال می رانند و خود به جای آن می نشینند و یا در مکانیزم Frank-Turnbull یک اتم interstitial و یک vacancy در شبکه وجود دارند که در حال حرکت می باشند. وقتی به یکدیگر می رسند، اتم interstitial در vacancy قرار می گیرد و هردو از بین می روند.

لازم به ذکر است که خود vacancy ها و اتم های interstitial از پدیده نفوذ پیروی می کنند.