Elektronenmikroskopische Charakterisierung von Versetzungen in plastisch verformtem InP

Luysberg, Martina

Book/Report

FZJ-2018-04545

Elektronenmikroskopische Charakterisierung von Versetzungen in plastisch verformtem InP

Luysberg, M. (Corresponding author)FZJ*

1993
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2841, 148 p. (1993)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19458

Report No.: Juel-2841

Abstract: InP ist neben GaAs der technologisch bedeutendste III-V-Verbindungshalbleiter. Der Fortschritt in der Herstellung optoelektronischer Bauelemente aus diesen Materialien erfordert einen Einblick in die plastischen Eigenschaften. Das plastische Verformungsverhalten wird auf mikroskopischer Skala durch die Eigenschaften der Versetzungen bestimmt. In dieser Arbeit werden Zusammenhänge zwischen den plastischen Eigenschaften und der Mikrostruktur verformter InP-Einkristalle hergestellt. Hierbei steht die mikrostrukturelle Charakterisierung der verformten Proben mit elektronenmikroskopischen Methoden im Vordergrund: konventionelle Charakterisierung der Versetzungen, Anwendung der Weak-Beam-Dunkelfeldtechnik zur Bestimmung der StapeIfehlerenergie und hochauflösende Untersuchungender Eigenschaften der Versetzungskerne. - Die $\textit{plastischen}$ Verformungen wurden in uniaxialer Kompression entlang der [3$\overline{21}$]- Achse (Einfachgleitung) bei Temperaturen von 500 °C und 600 °C unter konstanter Veformungsgeschwindigkeit ausgeführt. Die gemessene Spannung verändert sich dabeimit steigender Dehnung gemäß dem typischen Verlauf der Verformungskurven für Halbleiter mit kubisch-flächenzentriertem Bravais-Gitter. - Mittels $\textit{konventioneller Transmissionselektronenmikroskopie}$ wurde gezeigt, daß der Bereich I der Verformungskurve hauptsächlich durch Versetzungen des primären Gleitsystems (1$\overline{1}$1)[10$\overline{1}$] charakterisiert ist. Die Versetzungsstruktur wird von primären Stufendipolen der Linienrichtung [121] dominiert, die durch Doppelquergleitprozesse von Schraubenversetzungen gebildet werden. Auch bei einer Erhöhung der Verformungsgeschwindigkeit, die ein Anwachsen der anliegenden Spannung bei gleichbleibender Verformungstemperatur bewirkt, sind wenig Versetzungen sekundärer Gleitsysteme zu beobachten. Hier wurde jedoch eine Ausrichtung der Dipole entlang von $\langle$110$\rangle$-Richtungen gefunden, die zum Teil zu Z-Dipolen reagieren. Unabhängig von der Verformungsgeschwindigkeit bilden sich Reihen kleiner Versetzungsringe aus, die einen Zwischenprozeß der Annihilation der Dipolversetzungen darstellen. Bei Erhöhung der Spannung werden im Bereich II (erster Verfestigungsbereich) der plastischen Verformung sekundäre Gleitsysteme aktiviert, die mit den primären Versetzungen zu Lomer-Cottrell-Versetzungen reagieren. Dadurch entstehen nahezu rechtwinklige Versetzungsnetzwerke parallel zur Hauptgleitebene. Die Erholung im Bereich III der Verformungskurve ist mit der Bildung einer Subkornstruktur verbunden, die die Entstehung weicher, nahezu versetzungsfreier und harter Bereiche mit extrem hoher Versetzungsdichte beinhaltet. Die Zellwände bestehen sowohl aus Netzwerken, die parallel zur Hauptgleitebene ausgerichtet sind, als auch ausdreidimensionalen Netzwerken mit Versetzungen unterschiedlicher Gleitsysteme. Die starke Präsenz von Schraubenversetzungen, sowie die Beobachtung zahlreicher, räumlich isolierter Versetzungsringe läßt auf Klettermechanismen schließen, die die Versetzungsdichte lokal reduzieren. Damit werden die mikroskopischen Verformungsmechanismen, die bisher auf der Modellierung der Verformungskurven der III-V-Halbleiter beruhen, auch experimentell bestätigt. - Mittels der $\textit{Weak-Beam Technik}$ wurden die Aufspaltungsweiten unterschiedlicher Versetzungstypen sowohl in Zn-dotierten als auch in undotierten Proben gemessen, die bis in den Bereich I verformt worden waren. Durch Anwendung der anisotropen Elastizitätstheorie wurde aus diesen Meßwerten eine Stapelfehlenergie von 18.7 mJ/m$^{2}$ bestimmt, wobei kein Einfluß der Zn-Dotierung auf die Aufspaltungsweiten festgestellt werden konnte. Die Stapelfehlerenergie ist ein wichtiger Parameter in der theoretischen Beschreibung der plastischen Verformung. - $\textit{Hochauflösende elektronenmikroskopische Untersuchungen}$ an Versetzungen in der [011]-Projektion zeigen, daß ein asymmetrisches Aufspaltungsverhalten von $\alpha$- und $\beta$-Versetzungen auftritt. Dies gilt sowohl für Z-Dipole, als auch für isolierte 60°-Versetzungen. Dieses asymmetrische Verhalten bedeutet ein unterschiedliches Relaxationsverhalten der $\alpha$- und $\beta$-Versetzungen in der dünnen Hochauflösungsprobe, welches vermutlich auf den verschiedenen Beweglichkeiten dieser Versetzungstypen beruht. Aus der Aufnahme eines aufgespaltenen Stufendipols mit Linienrichtung [121] zeigen sich, im Gegensatz zum Z-Dipol, für $\alpha$- und $\beta$-Versetzungen gleich große Aufspaltungsweiten, so daß auchdie verschiedenen Parialversetzungstypen, wie 30°-, 60°- oder 90°-Versetzung, Unterschiede im Relaxationsverhalten aufweisen. Erstmalig konnten hochauflösende Gitterabbildungen von Versetzungen in der [121]-Projektion erstellt werden. Außer der Aufnahme von Stufendipolen ist es gelungen, eine Defokusserie einer Stufenversetzung aufzunehmen, die in 60°- Partialversetzungen aufgespalten ist. In der Nähe dieser Versetzung konnten durch den Vergleich von Bildsimulationendes defektfreien InP mit den Bildern der Defokusserie die experimentellen Bildparameter sowie die Polarität der Probe, und damit der $\beta$-Charakter derVersetzung, eindeutig festgelegt werden. Daher waren in weiteren Bildsimulationen der $\beta$-Partialversetzung nur das P-Glide-Set-- und das In-Shuffle-Set-Kernmodell zu berücksichtigen, die auf der Basis der linearen, isotropen Elastizitätstheorie aufgestellt wurden. Die isotrope Theorie liefert keine zufriedenstellende Beschreibung der Verzerrungsfelder. Werden jedoch die Verschiebungsfelder in der Richtung senkrecht zum Burgersvektor vernachlässigt, so ergibt sich eine sehr gute Übereinstimmung simulierter und experimenteller Bilder.

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