Wyrusz w podróż do świata wiedzy

Odkształcenie plastyczne półprzewodników, część 2

Mikroskopijna, diamentowa igła Triboindentera jest w stanie operować w obszarach materiału o strukturze niemal idealnej – bez defektów. Naciska na próbkę i bada jej plastyczność oraz sprężystość.

chrobak_2Dr hab. Dariusz Chrobak współpracuje z katedrą Fizyki Materiałów na Uniwersytecie Karola w Pradze, gdzie wykorzystywany jest Pikoindenter, czyli przyrząd, który podobne pomiary jak Triboindenter w SMCEBI wykonuje wewnątrz komory mikroskopu elektronowego, co daje możliwość rejestracji zmian w strukturze materiału zachodzących podczas odkształcenia plastycznego.

Trzeba pamiętać o tym, że w każdym materiale pojawiają się pewne niedoskonałości. Zaliczamy do nich defekty punktowe czy liniowe. Nanoindentacja jest ważną metodą, pozwalającą na pomiar własności mechanicznych w niezwykle małych obszarach. Subtelna regulacja położenia ostrze igły pozwala niejako „ominąć” niedoskonałości budowy monkryształu, i w ten sposób możliwe staje się poznanie własności plastycznych i sprężystych w obszarach o strukturze pozbawionej defektów liniowych.

Odkształcenie plastyczne metali polega na dyslokacji fragmentu materiału, natomiast półprzewodniki reagują nieco inaczej, bowiem może dojść do strukturalnej przemiany fazowej. W przypadku Krzemu (Si) czy Arsenku Galu (GaAs) jest wręcz tak, że proces odkształcenia plastycznego inicjuje przemiana fazowa. Badaniem tych właśnie zjawisk zajmuje się Dariusz Chrobak.

Jego laboratorium mieści się w Śląskim Międzyuczelnianym Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych w Chorzowie, gdzie znajduje się część Wydziału Informatyki i Nauki o Materiałach Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Ale badacz współpracuje także z fińskimi jednostkami naukowymi – Aalto University w Helsinkach (gdzie kilkukrotnie przebywał na stażach) oraz z Optoelectronics Research Centre, będącej jednostką Tampere University of Technology. Opublikował wiele artykułów naukowych w prestiżowych czasopismach, między innymi w renomowanym „Nature Nanotechnology” (w 2009 i w 2011 roku).

chrobak_4Odkształcenie plastyczne w półprzewodnikach jest bardzo ciekawym problemem fizycznym. Deformacja sieci krystalicznej półprzewodnika zmienia szerokość przerwy elektrycznej, co wpływa na właściwości danego materiału: energię oraz częstotliwość emitowanych fotonów. Zmiana szerokości przerwy energetycznej wpływa także na przewodnictwo elektryczne półprzewodnika. W ostatnich latach intensywnie rozwija się tzw. strain engineering, czyli inżynieria odkształceniowa, która zajmuje się wpływem deformacji materiału na jego własności fizycznego, a w konsekwencji na jego użytkowe zastosowanie.

Znaczenie materiałów półprzewodnikowych w rozwoju różnych technologii użytkowych dobrze demonstruje przykład Azotku Galu (GaN) wykorzystywanego w technologii Blu-ray jako źródło światła laserowego. Wytworzenie pozbawionych defektów liniowych monokryształów GaN, a tylko takie mogą być dalej wykorzystane, jest bardzo trudnym zadaniem. Poznanie własności mechanicznych Azotku Galu między innymi metodami stosowanymi w laboratorium dr hab. Dariusza Chrobaka może przyczynić się do lepszego zrozumienia zjawiska wzrostu monokryształu, i tym samym do poprawy technologii wytwarzania GaN.