Techniklexikon

Versetzung

Kristallbaufehler, der eine Unterbrechung der regelmäßigen Anordnung der Gitterbausteine des Einkristalls in einer Richtung darstellt. Die Einkristalle für die Verwendung in der Halbleiterindustrie müssen möglichst frei von V. sein, da an diesen Stellen Spannungen im Gitter auftreten. Außerdem erfolgt dort eine Ansammlung von Verunreinigungen und eine Verstärkung der Diffusion von Dotanten, so daß Bauelementeausfälle auftreten können. In der Siliciumtechnik werden von V. nahezu freie Einkristalle hergestellt. V. können aber auch durch Deformationen während der Bearbeitung des Wafers entstehen. Festkörperphysik, Dislokation, eindimensionale Störung und das dadurch erzeugte Spannungsfeld in einem ansonsten homogenen Material. Die allgemeine Versetzung kann durch Aufschneiden entlang der Versetzungslinie, beliebige Verschiebung und Wiederzusammenfügung erzeugt werden (Somigliana-Versetzung). Auf Grund der ansonsten zu grossen Spannungen treten in einem kristallinen Gefüge nur Stufenversetzungen oder Schraubenversetzungen, die durch einen Burgers-Vektor charakterisiert sind, bzw. Mischungen aus beiden Typen auf. Eine Versetzung kann nicht einfach im Gitter enden, sondern muss einen Ring bilden, an Störstellen enden oder bis zur Oberfläche laufen.

Versetzungen bestimmen entscheidend das Verhalten eines Körpers bei der plastischen Verformung (siehe Abb. 1). Bei Anwesenheit einer Versetzung muss nicht mehr die komplette Energie zum Verschieben einer kompletten Netzebene aufgebracht werden, die Bewegung erfolgt durch Gleiten der Versetzung durch den Kristall (siehe Abb. 2). Der reale Prozess läuft etwas komplizierter ab, da bei der Verformung ständig neue Versetzungen erzeugt werden (Frank-Read-Mechanismus). Die Härtung oder Verfestigung eines Werkstoffes geschieht meist durch Mechanismen, die die Bewegung der immer vorhandenen Versetzungen behindern. Ausscheidungen von Fremdatomen lagern sich bevorzugt durch das Spannungsfeld in der Nähe von Versetzungen an und behindern deren Bewegung (z.B. Härtung von Stahl durch Kohlenstoffbeigabe). Bei hoher Versetzungsdichte verzahnen sich Versetzungen ineinander, wodurch die zunehmende Härte eines Materials nach mehrmaliger plastischer Verformung zustande kommt.

Versetzung 1: Realisierung einer plastischen Verformung durch die Bewegung einer Versetzung: a) Einwirkung der Schubspannung s auf einen Körper, b) Bewegung einer Stufenversetzung in den Körper hinein, c) gescherter Körper nach dem Hindurchbewegen der Versetzung.

Versetzung 2: Gleitbewegung einer Versetzung. a) Die Gitterbindung zwischen A und B löst sich unter der Einwirkung einer äusseren Spannung; b) es entsteht ein Zwischenzustand; c) wenn zwischen A und B eine neue Bindung entstanden ist, hat sich die Versetzung durch Gleiten von A nach B bewegt.