Slayt 1

1
Malzeme Bilimi
Mühendislik Için Malzeme Elektronik Malzeme
ve Devre Elemanlarinin Prensibi
Kaynak Principles of Elecetronic Materials and
Devices, Safa O Kasap, McGraw-Hill Prof. Dr.
Hasan Efeoglu, Agustos 2006
2
Temel Malzeme BilimiBÖLÜM 1 - KISIM
IIKRISTAL YAPI
3
Kristal Türleri

• Kristal yapida bir kati atomlarin birbirlerine
  düzenli bir siralanis ile baglandigi periyodik
  bir dizilimdir.
• Örnegimiz sekil 1.30 daki bakir.
• Kristal yapinin en önemli özelligi yapisinin
  periyodik olmasidir. Periyodik yapi uzun mesafeli
  bir dizilimdir.
• Bir kristalde bir noktadaki bagin geometrisi esit
  araliklar ile pek çok kez tekrarlanarak kristal
  yapi olusturulur.
• Periyodiklikten dolayi her bir atomun pozisyonu
  çok iyi bilinir.

4
Hemen hemen tüm metaller, pek çok seramik ve
yariiletkenler ve pek çok polimer kristalize
olmus katilardir. Tüm kristaller latis ve taban
terimleri ile tanimlanir. Latis uzayda atomlarin
bulunmasi gereken noktalarin geometrik nokta
dizileri olarak sonsuz tekraridir. Birbirine
benzer atom grubu veya molekül taban birim
(basis) herbir latis noktasina yerlestirilmesi
ile gerçek kristal yapiyi elde ederiz. Kristal
yapi minimum bir dizilisinin üç boyutta periyodik
tekrari ile olusur. Tekrarlayan yapinin
tanimlanmasi kristalin özelliklerini ortaya koyma
açisindan önemlidir. Bu tekrarlanan yapi Birim
Hücre dir.
5
FCC Yapi

• Bakirin birim hücresi köselerde ve herbir yüzeyin
  merkezinde birer Cu atomu olmak üzere yüzey
  merkezli kübik yapidadir.
• Face Centered Cubic FCC
• Cu atomlari komsu hücreler ile ortak oldugundan,
• köselerdeki atomlarin 1/8 i
• yüzeydeki atomlarin ½ i
• birim hücreye aittir.
• (Sekil 1.30 a bak)
• Bunun manasi her birim hücre 4 atom ihtiva eder.
• Kübik birim hücrenin boyutu örgü parametresidir
  ve a ile gösterilir.

6
(No Transcript)
7

• Cu için a0.362 nm
• fakat
• Cuin yariçapi 0.128 nm
• FCC yapisi siki paketlenmis yapidir.
• FCC yapisinda atomlarin doldurma oranina ait
  doluluk orani 74

8
BCC Yapi

• Demirle karsilastirildiginda, Fe cisim merkezli
  yapidadir. Birim hücrenin doluluk orani 68 ile
  daha düsüktür. Sekil 1.31

Body Centered Cubic - BCC
9
(No Transcript)
10
HCP Yapi
Bir diger yapida Sekil 1.32a daki hegzagonal
yapidaki dizilimdir. Hexagonal
Closed-Packed (HCP) yapi. Bu yapida doluluk
orani da 74 dür.
11
Elmas Yapi - Zinc Blend
Kovalent baga sahip silisyum ve germanyum gibi
kristaller elmas kübik yapidadir. Her bir kösede
ve yüzey merkezinde atom olmasina ragmen FCC
yapisi görünse de hücre içinde dört atom daha
vadir. Sekil 1.33 Birim hücre basina sekiz atom
mevcuttur.
12

• Silisyumda oldugu gibi GaAs kristalinde her bir
  atom dört yönde bag yapar.
• Sekil 1.34 de de görüldügü üzere birim hücre
  elmas tipi kübik yapidadir.
• Yapida Ga ve As ardisik tekrarlamali
  yerlesmistir.
• Bu yapi ZnS dolayi Zinc Blend-Çinko Blend yapisi
  olarak bilinir.
• Bilinen bilesik yariiletkenlerinin çogunlugu bu
  yapida kristallesir.
• GaAs bu bilesikler içinde en çok bilinendir.

13
(No Transcript)
14
Kristal Olusumunda Boyutun Etkisi
15
NaCl Yapisi

• Na iyonu Cl- iyonunun yarisi boyuttadir.
• Cl iyonuna en yakin alti iyon bulunur.
• Iyonik katilarda katyonlar (Na) ve anyonlar
  (Cl-) her dogrultuda birbirleri ile etkilesir,
  çekim kuvveti ortaya çikar.
• Kristal yapi karsit yüklerin bir araya nasil
  gelecegi ve benzer iyonlarin birbirlerinden nasil
  uzakta olacagi bir simetrinin ortaya çikmasi ile
  olusur.
• Bu iyonlarin relatif yüklerine baglidir.
• Iyonik kristal için örnegimiz NaCl, Sekil 1.36

16
(No Transcript)
17
CsCl Yapisi
Anyon ve katyon ayni boyuta sahip oldugunda
ortaya çikan yapidir. Bu yapi gerçek BCC yapisi
degildir çünkü degisik BCC yapida örgü noktalari
farklidir.
18
(No Transcript)
19
Örnek 1.10 FCC yapisinda Bakir

• Bakir için kristal örgü FCC ise
• Birim hücresinde kaç atom vardir.
• Cu atomunun yariçapi R ise, örgü parametresinin
  aR2?2 oldugunu gösteriniz.
• Atomik paketleme faktörünü hesaplayiniz.
• Birim hacim basina atom yogunlugunu hesaplayiniz.
  Cu için atomik kütle 63.55 gmol-1 ve Cu in çapi
  0.128nm dir.
• Çözüm
• Birim hücrede dört atom vardir.
• Köselerdeki herbir Cu atomu 8 hücre ile
  paylasilir.
• Yüzey merkezindeki herbir Cu komsu hücre ile ½
  paylasilir.
• Hücreye toplam atom sayisi8 köse x 1/8 6 yüz x
  ½ 4 atom

20
(No Transcript)
21

• Sekil 1.38 deki çizimi göz önüne alalim. Herbir
  kenar a olmak üzer örgü sabitidir.
• Kösegen uzunlugu ?(a2a2) veya a?2
• atomlarin yari çapi cinsinden kösegen uzunlugu
  R2RR4R dir
• 4R a?2 den a0.3620nm bulunur.
• APFBirim hücrede atomlarin sayisixatomun
  hacmi/Birim hücrenin hacmi

• Genel olarak birim hücrede x atom var ise
  atomik yogunluk

22
Kristal Yönelimleri ve Düzlemler

• Her bir kristal için kristal yapi-kristal örgü
  mevcuttur.
• Genel olarak temel kristal yapi
• kenar uzunluklari a, b, c
• açilar ?, ?, ?
• ile verilir ve bunlar örgü parametreleridir.
• Örnek olarak Cu ve Fe in birim hücresinde
• abc
• ? ? ? 90
• Çinko hegzagonal yapida olup
• ab?c
• ? ? 90 ve ? 120

23
(No Transcript)
24

• KRISTAL IÇINDE DOGRULTU
• Bir kristal içinde tüm paralel vektörler ayni
  indise sahiptir.
• Birim hücrenin kondugu koordinat sistemin
  orijininden baslayip örgüyü olusturan yüzeylerden
  birini kesen P noktasinin koordinatlari xo, yo,zo
  bu vektörü tanimlamada kullanilir.
• Islemi genlestirme açisindan örgü parametreleri
  olan a, b, c tanimlamasi daha kullanisi olur.
  Sekil 1.39b
• Ayni sekilde
• xo, yo,zo ½ a, b, ½ c
• P noktasi
• x1, y1,z1 ½ , 1, ½

25

• Bu sayilari çarpma veya bölme ile en küçük
  tamsayi grubu elde edildiginde, elde edilen u,v,
  z sayi grubu dogrultu ifade etmede kullanilir ve
  köseli parantez içinde gösterilir.
• uvz
• tamsayilardan herhangi biri negatifse üzerinde
  çizgi ile bu ifade edilir.
• Sekil 1.39b deki P noktasinin ½ , 1, ½
  koordinatlari 2 çarpani ile en küçük tamsayi
  grubu elde edilir, buda,
• 2 x (½ , 1, ½) ? 121 ? 121
• Bazi önemli dogrultular Sekil 1.39c de
  gösterilmistir.

26

• Bir kristal hücresinde belirli dogrultular
  birbirleri ile özdestir.
• Fark sadece keyfi olarak yaptigimiz x, y, z
  notasyondan dolayi fark ortaya çikar.
• Örnegin 100 ve 010 birbirlerinden farklidir.
• Ancak kübik kristalin kenarlari dogrultusunda
  elastik modül, dielektrik sabiti gibi
  parametreler ayni ise bu yönelimler özdestir
• Kübün kenarlari boyunca bu parametreler özdesse
• 100, 010, 001.... toplulugu lt100gt dir.
• Kösegen dogrultularina ait
• 111, ?111, 1?11 .... toplulugu lt111gt ile
  gösterilir.

27

• MILLER INDISI
• Kristal örgüde bir düzlemin tanimlamaya da
  ihtiyacimiz vardir.
• Sekil 1.40 da tanimlanmasi öngörülen bir düzlem
  var.
• Bu maksatla bu yüzeye ait Düzlemin Miller Indisi
  ni kullanacagiz.
• Bunun için düzleme ait xo, yo,zo kesim noktalari
  x,y,z üzerinde tanimlanacak
• Düzlem orijinden geçiyor ise düzlem paralel
  olarak kaydirilir.
• Yani orijin kaydirilir.
• Tüm düzlemler örgü parametresi kadar
  ötelendiginde kristal örgüde ait oldugu noktaya
  ulasmalidir.
• Yani ayni Miller Indisi ne sahip noktaya ulasir.

28
(No Transcript)
29

• xo, yo,zo noktalari örgü parametreleri a, b, c
  cinsinden x1, y1,z1 elde edilir ve tersleri
  alinir.

• h, k, l ile ifade edecegimiz indisler Miller
  Indisidir.
• özetle
• kesim noktalari xo, yo,zo, ½ a, b ve ? c
• kesim noktalari xo, yo,zo, a, b ve c cinsinden ½
  , 1 ve ?
• Tersi alindiginda 1/x1, 1/y1 ve 1/z1 1/ ½ , 1/1,
  1/ ? in sonucu 2,1,0 elde edilir.
• hkl ile verilen dogrultu ayni (hkl) ile
  tanimlanan düzlemlere
• her zaman diktir

30

• Düzlemsel Atom Yogunlugu
• Bazi uygulamalar için yüzeysel atom yogunlugunu
  veriel (hkl) düzlemi için bilmemiz gerekir.
• Örnegin yüzey atom yogunlugu bir düzlem üzerinde
  yüksek ise o yüzeyin oksitlenmesi diger yüzeylere
  göre daha fazladir.
• Yüzeysel atom yogunlugu bir alan basina atom
  sayisidir. Yani verilen kristal düzlemi üzerinde
  yüzeysel atom yogunlugudur.
• FCC yapisinda atom yogunlugu en fazla olan düzlem
  (111) ve yogunlugu en az olan düzlem (110) dir.

31
Örnek 1.11 Miller Indisleri ve Düzlemde Yogunluk

• Sekil 1.41a daki düzlemi FCC yapisinda göz önüne
  alalim.
• Düzlem orijinden geçtiginden latis içinde paralel
  kaydiralim.
• Diger ifade ile orijini O ne kaydirmis olalim
• a uzunlugu referans alindiginda düzlemimiz x,y,z
  eksenlerini sirasiyla ?,-1, ½ de keser
• Bunlarin tersi alindiginda Miller Indisleri
  0,-1,2 elde edilir.
• Verilen bir düzlem için n(h,k,l) ni hesabi için
  hkl düzleminin alani ve bu alan basina atom
  sayisini belirlememiz gerekiyor.
• Cu FCC için a0.3620nm dir
• (100) nin alani a2 dir ve Sekil 1.41b deki
  sekliyle bir merkezde köselerde ¼ atom vardir.

32

• A alanindaki Atom Sayisi 4 köse x (1/4 Atom)
  Yüzey merkezinde bir atom.
• 2 Atom

Simdide (110) düzlemi için nhkl yi
hesaplayalim Sekil 1.41c göz önüne alindiginda
33
(No Transcript)
34
Allatropi ve Karbonun Üç Fazi

• Bazi maddeler birden fazla kristal yapiya
  sahiptir.
• En iyi bilinen örnegimiz Fe dir.
• Bu karakteristik Polymorphism veya Allatropy
  olarak adlandirilmistir.
• 912 oC de Fe BCC yapidadir, ?-Fe olarak
  adlandirilir.
• 912-1400 oC de FCC yapidadir, ?-Fe olarak
  adlandirilir.
• 1400 oC üzerinde Fe tekrar BCC yapidadir ve ?-Fe
  yapisi olarak adlandirilir.
• Birden fazla kristal yapiya sahip olan demir
  polymorfic yapi olarak adlandirilir.

35

• Demirin tüm fazlari metaliktir.
• Bir fazdan diger faza geçis belirli bir sicaklik
  olan 912 oC dedir.
• Bu sicaklik demir için geçis sicakligidir.
• Pek çok malzeme degisik fazlara sahiptir ve
  bunlar farkli özellikler sergiler.
• Bir fazdan diger faza geçis sadece gerekli
  sicakliga çikmak olusmayabilir. Bazi malzemeler
  için basinç da gerekir.
• Örnegin grafitin elmasa dönüsümü.

36

• Karbonun üç kristal fazi vardir
• Elmas
• Grafit
• Buckyball (C60)
• Bu kristallerin yapisi 1.42 de verilmistir.
• Grafit karbon formudur ve oda sicakliginda
  kararlidir.
• Elmas yüksek basinçlarda kararli formdur. Yüksek
  basinç altinda bir kere olustumu atmosfer
  basincinda ve 900 oC altinda sicaklikta
  kararliligini muhafaza eder.
• Özellikler
• Grafit iletken Elmas iyi bir yalitkan
• Grafit tabakalara kolayca ayrilir-Elmas bilinen
  en sert malzemelerden biridir.
• Karbon kati yaglayici olarak kullanilir.

37
(No Transcript)
38

• Karbon 60 Buckybull C60 molekülü olarak
  adlandirilir.
• Bu molekül 12 pentagon , 20 hegzagon un bir küre
  olusturmak üzere bütünlesmesi ile olusur.
• Bu yapi laboratuarda kismi He basinci altinda
  karbon arki esnasinda olusur.
• Kismende olsa patlamali yanma sistemlerinde de
  olusur.
• C60 FCC yapidadir, Yariiletken özelliktedir,
  Alkalilerle yaptigi bilesikler süper iletkenlik
  özellik gösterir. (K2C60 18 K altinda Süper
  iletkendir), mekanik olarak yumusak malzemedir.
• Karbonun bir baska formuda nano tüplerdir.
  Bilimsel çalismalara yogun konu olan bu malzeme
  tüp karbonun konfigürasyonuna bagli olarak
  yariiletken-iletken veya yalitkan özellikte
  olabilmektedir.
• 21. yüzyilda malzeme biliminin temel konularindan
  biri olacak.
• (nano tube- carbon nano tube anahtar
  kelimeleri ile Internet arastirmasi)

39
Kristal Kusurlari ve Önemi

• Kusursuz kristal olusturmak üzere atomlari bir
  araya getirmekle, bu yapi için sistemin
  potansiyel enerjisini minimuma indiririz.
• Bir kristal sividan veya buhar fazinda büyürse ne
  olur?
• Mükemmel kristal elde edilebilir mi?
• Sicaklik yükseltildiginde ne oluyor?
• Yabanci atomlar yapiya dahil oldugunda neler
  oluyor?
• sorulari ve cevaplari bizi kristallerde kusur
  olusumuna götürür.

40

• Gerçekte mükemmel kristal yoktur.
• Bunun için verilen bir kristal içinde olusan
  kusur-yapisal bozukluk tiplerini anlamamiz
  gerekir.
• Genel olarak
• mekanik
• elektriksel
• özellikler bu kusurlar tarafindan kontrol edilir.

41
Noktasal Kusurlar Bosluklar ve Kirlilik Atomlari

• Mutlak sicakligin üzerinde tüm kristal yapilar
  kristal örgü için bir örgü noktasinda atom
  olmayan bosluga sahiptir.
• Bu bosluklar termal dengenin geregidir.
• Termodinamik kusur olarak da adlandirilir.
• Bosluklar kristal yapi içinde periyodikligi
  bozar.
• Mutlak sifirin üzerinde tüm atomlar termal
  enerjiye sahiptir ve bulunduklari örgü
  noktasindan Boltzmann dagilimi ile bir anlik
  yüksek enerjiyle örgü noktasini terk edebilir.

42

• Örgü noktasini terk eden atom geride bosluk
  birakir.
• Bu bosluk kristalin içine dogru hareket edebilir.
• Sekil 1.43 de görüldügü üzere bosluk olusumu
  sirali bir olaydir.
• Ev bosluk olusturmak için gerekli ortalama enerji
  olsun
• Kristal içindeki Tüm atomlarin sadece Ev enerjiye
  sahip olanlarin exp(-Ev/kT) kesri bosluk
  olusturabilir. Birim hacim basin atom sayisi N
  ise, bosluk yogunlugu

Bu ifadeye gör mutlak sicakligin üzerinde bosluk
yogunlugunun denge degeri vardir.
43
(No Transcript)
44

• Bosluk olusumu ile periyodikligi bozulan yapida,
  boslugun civarindaki atomlarin yerlesiminde de
  düzensizlikler olusacaktir. Sekil 1.44a
• Bosluklar kristal yapida nokta kusurlardan sadece
  biridir.
• Nokta kusurlar genel olarak bulunduklari noktadan
  itibaren birkaç atom mesafesine kadar kristal
  örgüde düzensizlige sebep olur.
• Diger Nokta kusurlar
• (1) Eger yabanci atom örgü atomunun yerini alirsa
  örgü noktasi kusuru (subtitutional atom)
• Silisyumda As, Sekil 1.44b ve c
• (2) Eger yabanci atom örgü atomlari arasina
  yerlesirse arayer kusuru (interstitial atom)
• BBC Fe de C

45
(No Transcript)
46

• Genelde kristal yapiya dahil atomlar farkli
  valans ve farkli boyutta olabilir.
• Farkli boyut ile yabanci atom yerlestigi nokta
  civarinda strese sebep olur.
• (3) Diger bir kusur türü de Schottky kusuru. Bu
  kusurda NaCl türü bilesiklerde, Sekil 1.45a de
  görüldügü üzere Katyon-Anyon çiftinin olmamasi
  ile ortaya çikar.
• Bu kusur alkali bilesiklerin elektrik ve optik
  özelliklerini belirler.
• (4) Iyonik kristallerde yapiya ait bir atomun
  örgü noktasini terk ederek ara yer atomu haline
  gelmesi ile Arayer atomu ve boslugun olusturdugu
  çift Frenkel Kusuru olusur.
• AgCl de Ag nin arayer atomu olmasi.

47
(No Transcript)
48
Örnek 1.12 Alüminyumda Bosluk Yogunlugu

• Oda sicakliginda, ergime sicakligina yakin bir
  noktada Al da olusan bosluk yogunlugunu
  hesaplayiniz. Al da bosluk olusumu için gerekli
  enerji 0.75 eV.
• Çözüm
• 300 K de

660 oC de
49
Örnek 1.13 Yariiletkenlerde Bosluk Yogunlugu

• Devre elemani fabrikasyonunda Si genellikle
  950-1200 oC sicakliklarda yabanci atom difüzyonu
  ile katkilanir. Si da bosluk olusum enerjisi 3.6
  eV. 1100 oC de Si için bosluk orani nedir. Bu
  sicaklikta Si un yogunlugu 2.33 gcm-3 ve Mat
  28.09 g mol-1 dir. (Yogunlugun sicaklikla
  degisimini ihmal edin.)
• Çözüm
• Birim Hacim Basina Si atom sayisi

1100 oC de bosluk konsantrasyonu
1410 oC ergime sicakligi civarinda bu deger
8.5x1011 cm-3 ve nv/N1.7x10-11
50
Çizgisel KusurlarKenar ve Vida Dislokasyonu

• Kenar Kusuru
• Bir kristal atomlarin olusturdugu düzlem kristal
  içinde sonlanirsa,
• sonlanan düzlemin kenari boyunca çizgisel kusur
  olusur.
• Sonlanan düzlemin birincil, ikinci komsulari
  sonlanan çizgiden itibaren stres altinda yer
  degistirerek kenar dislokasyonu olusturur.
• Kenar boyunca atomlar arasi bagda gerilme olusur.
  Sekil 1.46b
• Bundan dolayi çizgisel dislokasyon boyunca
  baglarin gerilme kuvveti ile gerilme alani
  (strain field) olusur.

51
(No Transcript)
52

• OLUSUMU
• Çizgi dislokasyonunu olusturmak için nm uzunluk
  basina 100 eV gibi enerji gerekir.
• Nokta kusur için bir kaç eV enerji gerektigi
  düsünülürse nokta kusur olusumu çizgisel kusur
  olusumundan daha fazla olasidir.
• Dislokasyonlar denge kusurlari degildir.
• Sistem denge durumundan uzak
• sahip olacagi minimum enerjiden daha yüksek
  potansiyelde olur.
• Çizgisel kusurlar genel olarak kristali stres
  altinda deforma olmasi sonucu veya kristal
  büyütülüyorken kristallesme esnasinda olusur.

53

• Vida Dislokasyonu (Screw Dislocation)
• Vida dislokasyonu esas olarak düzlemin bir
  kisminin diger düzleme göre bir atomik tabaka
  kadar kaymis olmasidir. Sekil 1.47a
• Bu kayma vida dislokasyonunun her iki tarafinda
  da olabilir.
• Vida dislokasyonun bulundugu noktada dairesel ok
  vida dislokasyonunu sembolize eder ve ok yönü
  olusum yönünü ifade eder.
• Dislokasyon çizgisinden uzaklastikça kayma
  miktari artarak kristal kenarinda bir atomik
  mesafe olur.

54
(No Transcript)
55

• Kenar ve Vida dislokasyonlari genel olarak termal
  ve mekanik stres sonucu olusur.
• Bir çizgi dislokasyonu sadece kenar veya vida
  dilokasyonu olmayabilir.
• Sekil 1.48 de görüldügü üzere her iki türün
  karisimi da olasidir.
• Vida dislokasyonlari genel olarak kristal büyüme
  esnasinda sonucu ortaya çikar ve kristal yüzeyde
  atomlarin kümelesmesi ile sonuçlanir.
• Bu dislokasyon yeni kristallesmede öncelikli
  noktalarin olusmasina sebep olur. Sekil 1.49

56
(No Transcript)
57
(No Transcript)
58

• Bir metalde-yariiletkende geçici ve kalici
  bozulmalar (plastic or permanent deformation)
  dislokasyonlarin varligina ve bunlarin yapi
  içinde ilerlemesine baglidir.
• Daha sonraki bölümlerde görülecegi üzere
  malzemelerin direnci dislokasyonla artar.
• Örnegin bir pn ekleminde sizinti akiminin önemli
  oranda artmasina sebep olur.
• Bu kusurlarin varligi yariiletken devre
  elemanlarinda istenmeyen elektronik gürültünün
  olusmasina da sebep olur.
• Yariiletkenlerde dislokasyon olusumu gelisen
  teknoloji ile hemen hemen kontrol altina
  alinabilmektedir.
• Bir chipin metal baglantisinda mm2 basina
  104-105 dislokasyon var iken silisyum kristali
  mm2 basina 1 dislokasyonla büyütülebilmektedir.

59
(No Transcript)
60
Left A polycrystalline diamond film on the (100)
surface of a single crystal silicon wafer. The
film thickness is 6 microns and the SEM
magnification is 6000. Right A 6-micron-thick
CVD diamond film grown on a single crystal
silicon wafer. SEM magnification is 8000.
61

• Internet arastirma ödevi
• Dislokasyon yogunlugu ve boyutu ile bir IC devre
  elemaninda, eleman yogunlugu ve boyutu arasinda
  nasil bir iliski vardir.

62
Düzlemsel Kusurlar Grain Boundry

• Pek çok malzeme rasgele dogrultularda yönelmis
  çok sayida küçük krisatllerden olusur, bu tür
  kristaller polykristal olarak adlandirilir.
• Kusursuz tek kristali sividan (ergigikten)
  büyütme bilimsel bilginin yaninda deneyim
  gerektirir.
• Bir sivi ergime noktasinin hemen altina
  sogudugunda her noktada katilasma olmaz.
• fakat
• belirli noktalarda, çekirdeklesme noktalarinda
  50-100 atomun olusturdugu gruplar ile bölgesel
  kristallesmeler olusur.

63
(No Transcript)
64

• Çekirdege yakin atomlar çekirdek üzerinde
  kristale dahil olarak küçük boyutlu kristal
  olusmasina yardimci olur.
• Her bir kristal parçacigi grain olarak
  adlandirilir.
• Rasgele olusumla her bir kristalcik serbest
  kristolagrafik yönelime sahiptir.
• Grainler arasinda kristal yönelimi aniden
  degisir, bundan dolayi geçis noktalarinda,
  gerginlik, doymamis ve kopuk bag ve yanlis
  yerlesmis atom. bulunur, sekil 1.51
• Sonuç olarak grainler arasinda atomlarin enerjisi
  kristal içine göre daha yüksektir.

65
(No Transcript)
66

• Grainler arasinda atomlar kolayca düffüze olur,
  çünkü
• A- bosluklarda dolayi daha az sayida bagin
  çözülmesi gerekir
• B- Baglar sters altindadir ve kolyca çözülürler.
• Pek çok polykristalde difüze olan yabanci atomlar
  arayüzlerde birikir.
• ara yüzde atomlarin PE i yüksek olusu grain
  sinirlari denge disi kusurdur. Bundan dolayi
  sistem bu kusurlarin boyutunu azaaltarak sistemin
  PE minimize etmeye çalisir.
• Oda sicakliginda grain boyunca difüzyon çok az
  iken daha yüksek sicakliklarda atomik difüzyon
  grainlerin büyümesine ve ara yüzey toplaminin
  azalmasina sebep olur.

67

• Malzeme bilimi üzerinde çalisan makine
  mühendisleri çesitli isil islem basamaklari ile
  grain boyutunu kontrol ederek istedikleri mekanik
  özellikte malzemeler üretebilmektedirler.
• Elektrik mühendisleri için polyslikon veya
  polykristal yariiletken tabanli devre tasariminda
  grain arayüzleri önem tasir.
• Amorf özelligi yüksek olan yariiletkenlerde
  iletkenlik amorfluk mertebesi ile ilgilidir.
• Diger ifade ile kristal boyutu malzemenin mekanik
  özelligine ilaveten iletkenligi belirleyen bir
  faktör olur

68
Kristal Yüzeyi ve Yüzey Özellikleri

• Kristal yapi tanimlanirken periyodik yapinin
  kristalde kesintisiz devam ettigi ifade
  edilmisti.
• Gerçekte ise kristaller gerçek bir yüzeye
  sahiptir ve atom dizilisi bu yüzeyde sonlanir.
• Yüzeyde bulunan son grup atom kristalin
  derinliklerinde oldugu sekli ile baglarini
  tamamlayamaktadir.
• Kovalent bag ile yapiyi olusturan Si un yüzeyi
  Sekil 1.52 dedir. Yüzeyde tek elektronu ile bag
  yapmamis Si bu bu bagi sekildeki olusumlarin biri
  ile tamamlama egilimindedir.

69
(No Transcript)
70

• Yüzeyde hidrojen molekülünün tutunmasi
  adsorblanma olarak ifade edilir.
• Kristal yüzeyine tutunan yabanci atomlar H
  atomunda oldugu sekli ile tek valans elektronunu
  yüzeydeki silisyum ile kovalent bag yapmada
  kullanirsa chemisorption (kimyasal adsorblanma)
  olmustur. (Birincil Bag)
• Yüzeyde H2O kovalent bag yapamaz ancak ikincil
  bag ile yüzeye tutunursa su molekülü adsorplanmis
  olur.
• Ikincil bag ile yabanci atomlar veya moleküller
  yüzeye tutunursa bu physisorption (fiziksel
  adsorblanma) olara ifade edilir.

71

• Yeterince yüksek sicakliklarda adsorplanan
  yabanci atomlar kristal içine difüze olarak,
  kristalin tümüne ait kir atomu olur.
• Pek çok malzeme yüzeyinde dogal olarak bir oksit
  tabakasina sahiptir.
• Dogal oksit yüzeyde oksijenin kimyasal bag
  yapmasi (kimyasal adsorplanma) ile baslar.
• Örnegi Al yüzeyi her zaman ince bir oksit
  tabakasina sahiptir.
• Mikro elektronikte Si un yüzey durumu genelde
  yüzeyin kimyasal asindirilmasi sonrasi yüksek
  sicaklikta oksitlenerek SiO2 koruyucu tabaka ile
  kontrol edilir. Burada SiO2 yeni atomlarin
  adsorblanmamasi için engelleyici durumundadir.

72

• Kristal Yüzey Durumlari
• Kristal yüzeyinde sekil 1.53 de görüldügü üzere
  pek çok olusum söz konusudur.
• Kristal yüzey yapisi genel olarak yüzey olusum
  moduna baglidir.
• Bunda termal ve mekanik islemler ile daha önce
  malzemenin tabi oldugu islemlerle ortaya konur.
• Kristal yüzeyini modellemede teras-l kenar-köse
  yaklasimi sikça kullanilir. Bu Kossel Model
  olarak da adlandirilir.
• Bu model sekil 1.53 de bir yüzeyde olabilecek
  degisik olusumlar ile görsellestirilmistir.

73
(No Transcript)
74
StokiyometrikStokiyometrik Olmayan-Kusurlu
Yapilar

• Stokiyometrik bilesikler kimyasal formüllerinde
  atom sayilari tam sayi ile ifade bilesiklerdir.
• CaF2 molekülü Bir adet Kalsiyum atomuna karsin
  tam olarak iki adet Flor atomu vardir.
• Benzer olarak ZnO eger her bir O atomuna karsin
  bir adet Zn atomu varsa kristalimiz Sekil 1.54a
  daki gibi stokiyometrikdir.
• Esit sayida O2- ve Zn2 oldugundan yapi nötürdür.

75
(No Transcript)
76

• ZnO da stokiyometri disi Zn fazlaligi ile
  stokiyometrik olmayan formuda mümkün.
• ZnO hazirlama sürecinde ortamda yeterince O yok
  ise bu yapi olusur.
• Zn2 nin yari çapi 0.074nm ve 0.14nm yariçapli
  O2- den 1.7 kez daha küçük yariçapa sahiptir.
• Bu boyutlar ile Zn2 in arayer atomu olma sansi
  daha olasidir.
• Ara yer Zn atomlari hala iyonizedir kaybettikleri
  elektron Oksijen atomlari tarafindan kabul
  edilemez, çünkü hepsi iyonizedir (O2-). Bundan
  dolayi yapi içinde serbest elektronlar olusur.
  Buna karsin tüm yapi için Zn ve O sayilarinin
  esitliginden nötrallik sarti muhafaza edilir.

77
Tek Kristal BüyütmeCzochralski Büyütme

• Ayrik ve bütünlesik (Tümlesik IC devre)
  fabrikasyonu için çok düsük kusurla ve kontrollü
  katki atomu ile yariiletken kristale ihtiyaç
  duymaktadir.
• Yüksek kaliteli saf kristal büyütmek üzere pek
  çok laboratuar teknigi mevcuttur.
• Ortak prensip olarak buhar fazindan veya sividan
  kullanilan malzemenin kristallestirilmesi ile
  edilir.
• Bir IC fabrikasyonu baslangicinda tek kristal
  dilimine ihtiyaç duyulur, bu günümüz
  teknolojisinde 20cm çapinda 0.7mm kalinliginda Si
  dilimidir. Yeni gelisen teknolojiler ile
  fabrikasyon verimini artirmak üzere 30cm çapli
  kristaller kullanima girmistir ve yakin gelecekte
  bu çapin 45cm olmasi beklenmekte.

78

• Büyük boyutlu tek Si kristali genellikle
  Czochralski teknigi ile büyütülmektedir.
• Sekil 1.55a ds görüldügü üzere bir pota içinde
  ergigik hale getirilen saf Sia baslangiç
  çekirdek kristal ergiye dokundurulur ve belirli
  hiz ve dönme ile çekilir.
• Bu parametrelere bagli olarak istenilen çapta ve
  uzunlukta kristal kütlesi elde edilir.
• Iletkenligi ve kristal tipini kontrol etmek üzere
  ergigik içine kirlilik atomu dahil edilir.
• Baslangiçta kullanilan çekirdek kristalin
  ergiyige dokunma yüzeyinin yönelimi büyütülecek
  kristalin de yönelimini belirler.
• VLSI için kullanilan yönelim 100

79
(a) Schematic illustration of the growth of a
single-crystal Si ingot by the Czochralski
technique.
80
(No Transcript)
81
(No Transcript)
82
A silicon ingot is a single crystal of Si. Within
the bulk of the crystal, the atoms are arranged
on a well-defined periodical lattice. The crystal
structure is that of diamond. Courtesy of MEMC,
Electronic Materials Inc.
83
Right 200 mm and 300 mm Si Courtesy of MEMC,
Electronic Materials Inc.
Left Silicon crystal ingots grown by the
Czochralski crystal drawers in the
background Courtesy of MEMC, Electronic
Materials Inc.
84

• Kristal büyütme sonrasi silindirik geometride
  istenilen çapa kadar islenen Si uygun
  kalinliklarda dilimlenerek
• Alumina veya SiC tabanli asindiricilar ile yüzey
  pürüzlülügü giderilir.
• Kimyasal asindirmayla temiz bir yüzey elde
  edilir.
• Yüzey parlatma islemine tabi tutulur.
• IC fabrikasyonunda kullanmak üzere yüzeyi
  parlatilan Si dilimlerin üzerine buhar fazindan
  ince bir Si filmi büyütülür.
• CZ teknigi ayni zamanda Ge, GaAs ve InP
  kristalleri de büyütülmektedir.
• CZ tekniginin tek olumsuz yani kuartzda oksijen
  ve karbon isiticidan karbonun Si içine 1017 cm-3
  ler mertebesinde dahil olmasidir.

85
Camlar ve Amorf Yariiletkenler

• Camlar ve Amorf Katilar
• Kristal yapinin karakteristik özelligi simetrisi
  ve yapinin periyodikligidir.
• Her bir atomun komsularinin sayisi ve yönelimleri
  (yerlesim koordinatlari) tanimlidir.
• Bu durumda uzun mesafeli uzun mesafeli bir
  dizilim söz konusudur.
• Sekil 1.56 da görüldügü üzere bir atom referans
  alindimi diger atomlarin pozisyonlari sistematik
  olarak tanimlanabilir.

86
(No Transcript)
87

• Tüm katilar kristal yapida degildir.
• Olusumlarindan dolayi pek çok malzeme kristal
  olmayan amorf formdadir.
• Örnegin SiO2 Sekil 1.56b de görüldügü üzere amorf
  yapidadir.
• Bu yapidaki SiO2 Vitreous Silika veya Camsi
  Silika olarak adlandirilir.
• Bu malzemenin fiber optik basta olmak üzere genis
  bir mühendislik uygulamasi söz konusu.
• Camsi silika aslinda dondurulmus sivi olarak da
  düsünülebilir.
• Diger ifade ile Süper Sogutulmus Sivi Camsi
  Malzeme

88

• Pek çok amorf kati kristalizisyonun olmadigi
  sicakliga, ergime sicakligindan süratlice
  sogutulmasi ile elde edilir.
• Bu tür katilar cam dir.
• Sivi fazda atomlar sikça baglarini kirmaya ve
  yeniden bag yapmaya yetecek kinetik enerjiye
  sahiptir. Yapilan baglar ise kirilma öncesi
  burulabilir veya bükülebilir.
• Bükülme geometrisi her bir atom için ayni olmak
  zorunda degildir. Bu nedenle uzun mesafeli
  periyodik dizilim ortadan kalkar.
• Aniden sogutularak katilastirilan madde aslinda
  sivinin bir anlik durumunun dondurulmus halidir.
• Bu halde atomlarin hareketi yine söz konusudur
  ancak enerji düsük oldugu için atomlarin hareketi
  için çok uzun zaman gerekir.
• Dik bir pencere caminin akarak asagi gelmesini
  bekleme süresi

89

• Cam formunun olusmasi için sicakligin ergime
  sicakliginin altina süratlice düsürülmesi ile
  gerçeklenir. Ve Sivi fazin donmus hali elde
  edilir.
• Ancak her bir atomun koordinasyon sayisi yine
  vardir. Çünkü atom kimyasal bag yapma
  zorunluluguna uymak zorundadir.
• Fakat yapi uzun mesafeli dizilime sahip degildir.
• Kisa mesafeli dizilim söz konusudur.
• Yapi atomlarin sürekli rasgele dizilimi ile
  olusur.
• Continuous Random Netvork- CRN
• Sonuç olarak uzun mesafeli periyodik dizilimin
  olmamasi,
• Dogal olarak kristal kusurlarinin olmadigi bu
  malzemeler belirli mühendislik uygulamalarinda
  avantaj saglar.

90

• Bir sogumaya bagli olarak camimsi malzeme veya
  kristal yapida katilasmasi bazi faktörlere
  baglidir
• Bunlar
• Atomlar veya moleküller arasindaki bagin tabiati
• sivinin viskozlugu
• soguma hizi
• ergime sicakligina göre son sicaklik
• Örnegin
• SiO2, B2O3, GeO2 ve P2O5 baglari iyonik ve
  kovalent bag karisimina sahiptir. Sivi viskozlugu
  yüksektir. Bu malzemelerin camimsi formu normal
  soguma ile kolayca elde edilir.
• fakat
• Bakiri, kristalizasyonu atlayarak katilastirma
  imkansizlik derecesinde zordur.

91

• Buna karsin pek çok metal-metal (Cu66Zr33) ve
  metal-metalloid alasimlari (Fe80B20, Pd80Si20)
  106-108 oCs-1 ultra hizla sogutulduklarinda cam
  formunu alirlar.
• Pratikte bu tür katilastirma Sekil 1.57 de
  verilen teknikle yapilabilmektedir.

92
It is possible to rapidly quench a molten
metallic alloy, thereby bypassing
crystallization, and forming a glassy metal
commonly called a metallic glass. The process is
called melt spinning.
93

• Pek çok uygulamada kullanilan kati amorf
  formdadir.
• Pencere cami (SiO2)0.8(Na2O)0.2
• IC fabrikasyonunda yalitkan tabaka SiO2
• Düsük kayipli transformatör nüvesi Fe0.8B0.2
• Fotokopi makinelerinde drum kaplamasi fotoiletken
  As2Se3
• ...
• ...

94
Kristaline ve Amorf Silisyum

• Silisyum atomlari kristal formunda tüm valans
  elektronlari tekrarlamali bürüm hücresi tek
  kristal formuna sahip olabilir.
• Böyle bir tek kristal yapi Czochralsky yöntemi
  yapilabilmektedir.
• Ayni zamanda amorf yapida kristal da
  büyütülebilmektedir. Buna örnek olarak a-Si ile
  ifade edilen amorf silikondur. Sekil 1.58
• En basit yöntem Si buharinin kati yüzey üzerine
  Sekil 1.59 da verilen elektron demeti ile
  buharlastirma yapilarak yigilmasi ile olusturma
  olarak verilebilir.
• e-beam deposition

95
(No Transcript)
96
(No Transcript)
97

• Amorf durumda kristal örgünün tamamlanmadan
  simetri kirilarak ve tekrarlamasi olmayan bir
  yapi ortaya çikmasi Si atomlarindan bazilarinin
  baglarinin noksan olmasina sebep olur.
• Dangling Bond
• Sonuç olarak a-Si bosluk, tamamlanmamis bag,
  bosta kalan baglara sahiptir.
• Bu elektriksel özellik tek kristale göre de
  farkli olacaktir.
• Elektriksel özellikleri etkilemesi ve malzemenin
  kararliliginin saglanmasi açisindan doymamis
  baglara H tutturularak Hidrojelendirilmis amorf
  silisyum devre elemanlarinin fabrikasyonunda
  kullanilmaktadir. Sekil 1.60
• Hydrogenated amorphous Si a-SiH

98
(No Transcript)
99

• Günes panel gibi pek çok elektronik devre 10 H
  ihtiva eden a-SiH üzerine yapilir.
• Bu tür yapilar PECVD ile yapilar. Sekil 1.60
• Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
• Burada a-Si olusumu altlik sicakligina baglidir.
• Buhar fazindaki Si altlik üzerinde yigilirken.
• Eger altlik sicakligi Si atomlarinin yüzeyde
  hareketini saglayacak kadarsa amorf kristal
  olusur.
• Tipik 250 oC altlik sicakligi a-Si olusumu için
  yeterlidir.
• a-Siun avantaji büyük alanlara kaplama
  yapilabilmesi, uygulamasi ise foto hücereler,
  panel film tranzistör (TFT) fotokopi
  makinelerinde drum yüzey kaplamasi......
  verilebilir.

100
Table 1.5 Crystalline and amorphous silicon
101
Kati Çözeltiler ve Iki Fazli Katilar

• Malzemenin bir fazi
• ayni kompozisyona
• ayni yapiya
• ayni özelliklere
• sahip olan kismi ile tanimlanir.
• 0 oC de su ve buz temas halinde olabilir ve iki
  farkli faz ayni anda mevcuttur.
• Alkol ve su molekül seviyesinde karisarak tek
  fazli sivi olustururken, su ve yag birbirleri
  içinde çözünmediginden karisimlari iki ayri fazi
  ihtiva eder.

102

• pek çok kati iki farkli katinin karisimi ile
  olusur.
• Ni atomlari Cu a katildiginda, Ni atomlari Cu
  atomlarinin yerini alarak Sekil 1.61a daki gibi
  kati çözelti olusturur.
• CuNi alasimi 100 Cu dan 100 Ni e degisse dahi
  FCC örgüsünü muhafaza eder.
• Bir kati çözeltide
• Çogunluk atom çözücü
• azinlik olan ise çözünen olarak kabul edilir.
• Çözücü-Çözünen yüzde olarak esitse sistemimiz
  isomorphous kati çözeltidir.
• Çözünen atomlarin pozisyonu genelde rasgele
  olmasina ragmen 50 Cu-Zn karisiminda (Prinç)
  He bir Zn atomu sekiz Cu atomu tarafindan
  sarilmistir (terside geçerli). C ihtiva eden
  demir (FCC ?-Fe) arayer karbon atomlari ile
  arayer atomlu kati çözeltidir.

103
(No Transcript)
104
Faz Diyagramlari Cu-Ni ve diger Isomorpous
Alasimlar

• Cu-Ni alasimi isomorphousdur.
• Saf bakir ve nikelden farkli olarak Ni-Cu alasimi
  ergitildiginde ergime sicakligi tam olarak
  tanimlanamaz.
• Belirli bir sicaklik araliginda sivi ve kati ayni
  anda heterojen bir karisim olarak mevcuttur.
• Kimyasal bir sistemde sicakligin fonksiyonu
  olarak fazlar ortaya çikar buda faz diyagramlari
  ile verilir.
• 1083 oC deki ergimis bakiri sogumaya birakalim.
• Ergime sicakligi üzerinde sadece bir faz vardir.
• SIVI FAZ

105

• Sekil 1.63 a daki gibi sicaklik azalsin
• Lo ergime sicakliginda bakir kristalleri
  çekirdeklesmesi olusur.
• Katilasma süresince sicaklik sabittir
• Sivi ve kati fazin ayni anda bulunmasi sürecinde
  sistemin sicakligi sabit kalir.
• Bakirin katilasma sürecinde bu sicaklik 1083 oC
• Katilasma süresinde enejilerini veren Cu
  atomlari kristalde uygun örgü noktasina yerlesir.
• Bu sicaklik Füzyon isisi olarak adlandirilir.
• Tüm sivi katilastiginda So dan itibaren sogumaya
  baslar.

106

• Eger saf nikeli ergigikten sogutmus olsaydik saf
  bakir için siraladigimiz katilasma 1453 oC de
  gerçeklesecekti.
• Simdi Cu-Ni karisimini agirlik olarak 80 Cu
  ihtiva eden karisimi göz önüne alalim
• Ergigik de iki atom tamamen karismistir. Tek faz
  söz konusudur.
• Soguma 1195 oC de L20 noktasina ulasilir.
• Sicaklik 1195 oC altina inerken sivi ve
  kristallesmis kati parçaciklar olusur.
• Sicaklik düserken katilasma devam eder.
• Sicaklik 1130 oC de S20 noktasina ulastiginda
  karisimin olusturdugu sivi tamamen katilasmistir.
• Eger agirlikça karisim oranlarini degistirip ve
  azalan sicaklikla katilasmayi takip edersek Sekil
  1.62 b deki faz diyagrami elde edilir.(ve Sekil
  1.63)

107
(No Transcript)
108
(No Transcript)
109

• Katilasma kati karisim Sekil 1.64 deki gibi S1
  den S2, S3 e kadar degisir.
• Yeterince yavas soguma atomlara difüzyon zamani
  taninarak tüm katinin kompozisyonunun degismesine
  zaman taninir.
• Eger soguma hizli ise kati fazda atomlarin
  difüzyonu için zaman sinirlidir.
• Ortaya çikan katinin karisimi farkliliklar
  gösterecektir.
• Sekil 1.65 de verilen temsili kristal ile
  katilasma bir çekirdek ile baslar.
• S1 de zengin Ni ile olusan çekirdek, eger
  katilasma hizli ise Ni atomlari içeri yeterince
  difüze olamayacagindan kompozisyonumuz S1 den S3
  e kadar degisecektir.

110
(No Transcript)
111

• Atomlarin difüzon olabilmesi için karisimin
  sogumasini hizini yeterince yavas seçersek Sekil
  1.63 deki faz diyagrami elde edilir.
• Bu faz diyagraminda soguma esnasinda hemen hemen
  denge sartlarinin oldugu ve bundan dolayi da bu
  diyagram Denge Faz Diyagrami olarak adlandirilir.
  
• Soguma hizli olursa
• kati fazda atomlarin difüzyonu için sinirli zaman
  vardir. Sonuç olarak ortaya çikan katida
  kompozisyon degisimi olusur.
• Örnegimizde S1 de olusan iç çekirdek Nice zengin
  olacak.
• Katilasmanin hizli olusu ile çekirdek içindeki Ni
  disari diffüze olamayacagindan kompozisyon S1 den
  S2 ye ve S3 e kadar degisecektir

112

• Son katilasan dis yüzey Ni bakimindan fakirdir
  (Cu bakimindan zengin)
• Bu durumdan yüzeyin kompozisyonu S3 den degil
  daha düsük bir deger olacaktir.
• Çünkü S3 tüm kati için ortalama kompozisyondur.
• Kati yapi sekil 1.63 de de görüldügü üzere
  çekirdeklesmistir.
• Bu durumda katilasma denge disi sartlarda
  gerçeklesmistir.
• Bu tür sogumada grainler arasinda atomlarin
  difüzyonu olusur.
• Denge disi sogumalarda faz diyagramlari
  kullanilamaz ancak fikir edinme açisindan
  referans alinabilir.
• Basit bir çizimle faz diyagramindan bir
  karisimdaki sivi ve kati miktari belirlenebilir.

113

• Sivi ve katinin kompozisyonu CL ve CS ile
  verilsin.
• Tüm kompozisyon da CO ile verilsin
• Alasimin agirligin birim seçersek, kütlenin
  korunumundan
• WLWS1
• Olmalidir.
• Sivi ve kati fazda Ni in agirlikça oranlarinin
  toplami Alasimda olmasi gereken Nikele ait COi
  vermelidir.
• CLWLCSWSCO

114

• Sivi ve kati fazin oranlari ise,

Cetvel Kurali olarak adlandirilan bu ifadeler ile
sekil 1.63 e uygulayalim. Bu grafikte L2 den S2
ye bir çizgi çizelim. Çizgi üzerindeki X
noktasinin iz düsümü bu sicakliktaki CO degerini
verir. X noktasindan Sivi fazina mesafe CO-CL ve
Kati fazina mesafe CS-CO dir. Bu çizginin
toplam uzunlugu ise (CS-CL) dir.
115

• Örnek
• 1160 oC de
• CL0.13 (13 Ni)
• Ve
• CS0.28 (28 Ni)
• Sivi fazin agirlikça orani

veya 53.3 Benzer olarak kati fazin orani ise
1-0.533 veya 0.467 olur.
116
ZON Saflastirmasi ve Saf Silisyum Kristali

• Zon saflastirma yüksek saflikta silisyum elde
  etmede kullanilan bir tekniktir.
• Si un ergime sicakligi yüksek olmasina ragmen
  içine dahil olan yabanci atomlar ile ergime
  sicakligi düser.
• Bu Cua Niin katkilanmasi ile ortaya çikan
  duruma özdestir.
• Sekil 1.65 de Sida bir katki olmasi halindeki
  faz diyagrami verilmektedir.
• Simdi bir çubuk Si kütlesinin sol basini bölgesel
  olarak isitir ergitir ve ergiyen bölgeyi saga
  dogru isitmayi kaydirarak devam ettirirsek ne
  olur?
• Sekil 1.66ada görüldügü üzere A da baslayan
  ergigik B de katilasir.

117
(No Transcript)
118
(No Transcript)
119

• Baslangiçta kati CO yogunlugunda yabanci atoma
  sahip olsun
• Yabanci atom yariiletkenler için kir atomu olarak
  ta ifade edilemektedir.
• A da ilk ergime ile sivida CLCO yogunluguna
  sahip olacaktir.
• TB de katilasma baslar.
• Katilasan kisimda kir atomlarinin yogunlugu CB,
  CO dan küçüktür.
• B de katilasma hizli oldugundan sistem denge
  durumuna ulasamaz. CB denge durumuna ulasamaz.
• Bunun sonucunda katilasan kisimda kir atomu
  yogunlugu düsük olacaktir.
• Kir atomlarinin bir kismi B de kati bölgeden
  siviya sürüklenmeye zorlanacagindan sividaki kir
  atomu yogunlu CL den CL ne artacaktir.

120

• Bde olusan katilasma artan CL ile daha düsük
  sicaklikta olur.
• Ergitilmis bölge saga dogru hareket ettirildikçe
  ergigik içindeki çözünmüs kir atomu yogunlugu
  daha da artacaktir.
• Ergitilmis bölge en saga ulastiginda ergitme
  durdurulur ve bu bölgede kristal soldan
  sürüklenen kir atomlari ile kir atomu yogunlugu
  yükselir.
• Kir yogunlugu Co dan düsük kalan sol kisim ise
  saflastirilmis bölge olacaktir.
• Ergitme islemini her seferinde soldan baslatip
  sagda sonlandirir ve bu islemi tekrar tekrar
  yaparsak, sonunda kir atomu yogunlugu baslangiç
  degerinin 10-6 katina kadar azalir.

121
Binary Eutektik Faz Diagramlari ve Pb-Sn

• Su içinde tuz çözündügünde tuzlu su elde ederiz.
• Suya tuz ilave etmeye devam edersek tuzun çözünme
  limitine erisiriz.
• Bu noktadan sonra ilave tuz su içinde kati olarak
  kalir.
• Bu durumda tuzlu su ve kati tuzundan olusan iki
  fazli bir sistem elde ederiz. Sekil 1.68
• Bir bilesenin diger bilesen içinde
  çözünürlülügünün orana ve sicakliga bagliligi
  Sekil 1.69 da ki çözünürlülük egrisi ile verilir.

122
(No Transcript)
123

• Kati durumda pek çok element diger katilarda
  küçük miktarlarda çözünebilmektedir.
• Kursun kati formda FCC kristal yapida bir faza
  sahiptir.
• Kalay kati formda BCT kristal yapida bir faza
  sahiptir.
• Bu iki element sivi halde iken herhangi bir
  oranda birbirleri içinde karisabilir.
• Çözünürlülük sinirina kolayca ulasilir ve kati
  halde iki ayri birbirinden farkli iki fazin
  karisimi olur.
• Kursunca zengin ? fazi
• Kalayca zengin ve Bazi kursun atomlari ile BCT
  yapisinda ? fazi

124
(No Transcript)
125

• Pb-Sn alasimi için degisik fazlar ve
  kompozisyonlarin sicakliginin fonksiyonu olarak
  denge faz diyagrami Sekil 1.69 da verilmistir.
• Bu çizim denge durumu için eutektik faz
  diyagramidir.
• Sivi ve kati hal durumlari bir çizgi ile genelde
  ayrilmistir.
• Sivi ve kati egrileri arasinda ergigik ve kati
  karisimi genelde ortaya çikar.
• Sivi ve kati durumlarinina ait egriler A ve B
  noktalarindan itibaren azalir ve E noktasinda
  bulusur.
• E noktasina ait sicaklik eutektik sicakligi dir.
• Bu sicaklikta alasim örnegimizde 61.9 Sn ihtiva
  eder.
• 183 oC altinda sivi hal yoktur
• Yani 183 oC eutektik alasiminin ergime
  sicakligidir.

126
(No Transcript)
127
(No Transcript)
128
(No Transcript)