位錯芯

位錯芯是研究晶格常數不匹配的異質結SiGe/Si生長過程中低溫緩衝層內缺陷對位錯運動的影響，使用位錯偶極子模型在Si晶體內建立了一對30°部分位錯，和導致30°部分位錯運動的彎結結構，以及位錯芯重構缺陷（RD）與彎結組合而生成的彎結－RD結構。

基本介紹

• 中文名：位錯芯
• 外文名：The dislocation core
• 模擬辦法：分子動力學
• 方法：Parrnello-Rahmman
• 對象：異質結SiGe/Si
• 學科：冶金工程

作用

通過分子動力學模擬，使用Parrnello-Rahmman方法施加剪應力促使位錯運動，得到了左右彎結-RD結構在遷移過程中的8種穩定構型，並且使用NEB方法和緊束縛勢計算了純彎結和彎結-RD遷移過程中勢壘高度，發現彎結-RD的遷移能力要高於純彎結結構。從模擬結果推斷出，低溫層生長技術中的Si低溫緩衝層由於低溫限制了重構缺陷的運動，減少其相遇發生湮滅的機率，從而使得更多的彎結能夠與重構缺陷結合生成彎結-RD結構來提高30°部分位錯的運動能力，由此釋放異質結結構失配應力所需的位錯密度會隨之減小。

鐵中刃型位錯芯的電子結構

位錯是晶體中一類重要的結構缺陷，其幾何特徵及運動行為，決定著多種固體材料的特性。有關位錯的幾何特性，彈性理論以及電鏡實驗，已發展到比較完善和相對深層次的階段。但由於彈性理論通常為採用連續介質模型計算位錯的長程應力場，加之只以Burgers矢量及彈性模量表征位錯性質的局限性，因之不能對位錯特別是位錯芯的局域行為給出準確的描述；至於直接觀察位錯的原子結構的實驗技術也有待發展。因此，對位錯電子結構的研究是必要的。

能帶論在研究擴展態缺陷位錯芯時遇到的困難是位錯芯是一類沒有平移對稱性、不能運用周期性邊界條件的複雜畸變結構。而一般情況下，第一原理的分子動力學模式用於處理位錯芯問題時會因此受到一定限制。同時，我們估計，分子動力論和密度泛函相結合的方法在處理大的複雜體系時，可能存在自洽收斂的困難。

原子結構和參數選擇

考慮到位錯彈性應力場理論已經相當成功地描述了位錯結構的一些重要特徵，通過求解表征刃型位錯形變特徵的雙調和方程，給出刃型位錯芯的初始原子組態。所得原子組態僅僅是用於弛豫計算的初始原子位置。在此基礎上，用分子動力論方法，採用自洽疊代方式對位錯芯進行弛豫，修正位錯芯原子坐標，由此建立自洽收斂的位錯芯原子結構。在弛豫過程中，用可以處理立方金屬形變問題的Morse勢表征原子伺相互作用。

刃型位錯芯的電子結構分析

按照位錯芯非均勻形變的大小及符號可以得到，由非均勻形變引起的Fermi能級移動以及位錯芯的電荷分布。如理論所預期，壓縮區的電荷傾向於流向膨脹區，且因此在位錯芯區形成電偶極子。只給出局域不均勻形變引起的電荷重新分布，至於位錯芯電荷的平衡分布則應計入電偶極子引起的電場對電荷分布的修正。

在位錯中心畸變嚴重區域形成了一個從受壓區向受張區延伸的異極電荷分布區，它是位錯結構中荷異極電荷原子的陷阱。一般而言，位錯上半平面有俘獲荷負電荷原子的作用，而下半平面有俘獲荷正電荷原子的作用。根據這種考慮並聯繫雜質與位錯互動作用的彈性理論，我們預期電負性較強的間隙型輕雜質，如碳、氮等將與刃型位錯有較強的相互作用，形成雜質—位錯複合體。在擴散條件充分的狀態下，間隙型原子將可能被吸引到刃型位錯芯的受張力區域，形成所謂的Cottrell氣團。聚集於位錯芯的溶質原子對位錯運動產生阻力、有釘扎位錯的作用，使位錯脫出溶質原子作用所需外加應力，相當於屈服點，有關低碳鋼屈服點的實驗現象反映了位錯與雜質的互動作用。金屬合金中形成Cottrell氣團的量子力學背景與位錯芯區電荷轉移或電子云重新分布相關。有關位錯芯的電子結構計算預期了雜質的電子效應及其對材料力學特性的可能影響。