Untersuchung der Versetzungsstruktur eines Nickel Einkristalls mit magnetischer Kleinwinkelstreuung von Neutronen

Ein bei Zimmertemperatur bis in die Mitte des Verfestigungsbereichs II durch Zug verformter Ni-Einkristall wurde mit Hilfe der magnetischen Kleinwinkelstreuung von Neutronen auf seine Versetzungsstruktur untersucht. Zur Untersuchung der Streuintensität als Funktion der Richtung des Streuvektors wurde die Methode der Neutronenfotografie angewendet, die es gestattet, ein gesamtes Streubild simultan aufzunehmen. Die Auswertung der Fotoplatten erfolgte in einer eigens dafür erstellten, vollautomatisch arbeitenden Anlage. Senkrecht zur primären Gleitebene wurde eine starke Streuintensität beobachtet, die durch kohärente Streuung von Versetzungsgruppen verursacht wurde. Ein relativ großer Streuanteil ist auf primäre Einzelversetzungen zurückzuführen, die als 60°-Versetzungen streuten. Die gefundenen Versetzungen der kritischen und der konjugierten Gleitebene streuten so, als ob sie eine Linienrichtung zwischen 60° und 90° hätten. Es fanden sich Hinweise auf Reaktionsprodukte zwischen Versetzungen der primären und der kritischen Gleitebene. Es wurde ferner noch Streuung von sekundären Versetzungen bzw. Reaktionsprodukten beobachtet, die jedoch nicht eindeutig zugeordnet werden konnte. Die Streuintensi tö.t als Funktion des Betrags des Streuvektors und des angelegten Hagnetfeldes befolgte die von der Theorie erwartete Gesetzmäßigkeit

INVESTIGATION OF MICROSTRAIN FIELDS BY NEUTRON SCATTERING AND DEPOLARIZATION

L'observation combinée de la diffusion des neutrons aux petits angles et de la dépolarisation des neutrons permet d'étudier les champs de microtension. Des résultats expérimentaux obtenus avec des cristaux de Nickel écrouis contenant des dislocations en forte densité montrent que la longueur de corrélation du champ des micro-tensions et la densité de dislocation peuvent être déterminées. Dans tous les cas on constate que l'approche à la saturation magnétique présente une variation normale en fonction du champ. Dans des monocristaux l'anisotropie des dislocations dans l'espace a été étudiée au moyen de figures de diffusion.The combined observation of neutron small angle scattering and neutron depolarization allow conclusions on the microstrain fields. Experimental results on cold-worked nickel crystals with high dislocation densities show that the correlation length of the microstrain field and the dislocation density can be determined. In all cases the approach to magnetic saturation shows the correct field-dependence. For single crystals the anisotropy of the dislocations in space has been investigated by means of the scattering patterns

Das Verhalten von Halbleiterbauelementen bei tiefen Temperaturen

Alle Halbleiterbauelemente ändern ihre Eigenschaften mehr oder weniger stark, wenn man sie im Bereich tiefer Temperaturen (1 - 270 K) betreibt. Ein großer Teil der Bauelemente funktioniert überhaupt nicht mehr im flüssigen Heliwn (4.2 K). Es gibt nur sehr wenige Ubersichtsartikel über das Verhalten von Bauelementen bei tiefen Temperaturen. Die meisten Elektroniklehrbücher sind sogar ausgesprochen unergiebig in dieser Hinsicht. Da wir vor der Aufgabe standen, mittels Kernspinresonanz Magnetfelder zwischen 10 und 80 kG sehr genau (besser 10-4) bei 4.2 K zu messen, ergab sich das Problem, einen HF-Oszillator zu bauen, der bei dieser Temperatur arbeitet und zusätzlich über einen großen Frequenzbereich (10 - 80 MHz) kontinuierlich verstimmt werden kann. Es erwies sich dazu als notwendig, die Ursachen für die Änderung der Halbleitereigenschaften mit der Temperatur zu verstehen und genaue Informationen über das Verhalten einzelner Bauelemente bei tiefen Temperaturen zu erhalten. Aus diesem Problem heraus ist der vorliegende Report entstanden. In Abschnitt 2 wird das Temperaturverhalten der wichtigsten Halbleitereigenschaften untersucht und Daten aus der Literatur zusammengestellt. Die untersuchten Eigenschaften sind: die Bandlücke, die Ionisierungsenergievon Fremdatomen, die Dichte der freien Ladungen, die Beweglichkeit, die elektrische und die thermische Leitfähigkeit, die Stoßionisation, die Lebensdauer von Ladungen und das Rauschen. Im Abschnitt 3 werden einzelne Bauelemente untersucht und unsere Meßergebnisse sowie die anderer Autoren beschrieben und diskutiert. Untersucht wurden Dioden, Varaktordioden, Zenerdioden, Tunneldioden, Halbleiterdetektoren, bipolare Transistoren und Feldeffekttransistoren. In Abschnitt 4 schließlich wird ein Oszillator beschrieben, der im flüssigen Heliun arbeitet und der kontinuierlich zwischen 30 und 52 MHz verstimmt werden kann. Esbesteht prinzipiell keine Schwierigkeit, den Frequenzbereich zu erweitern, wenn man geeignetere Varaktordioden findet als die, die wir verwendet haben. Der Oszillator gestattet die Messung der Kernspinresonanz (an Al) mit einem Signalrauschverhältnis von 100:1. Die erreichte Feldmeßgenauigkeit ist 5$\cdot$10$^{-5}$. Sie läßt sich ohne großen Aufwand weiter erhöhen. zusammenfassend läßt sich folgendes über die oben aufgeführten Halbleitereigenschaften sagen. Die Bandlücke E$_{g}$ nimmt beim Abkühlen zu. Die Dichte der Majoritätsladungen wird bestimmt durch exp(-E$_{d}$/kT), die der Minoritätsladungen durch exp(-E$_{g}$/kT). DakT bei 4.2 K wesentlich kleiner als die Bandlücke E$_{g}$ aller üblichen Halbleiter ist, wird die Minoritätsladungsdichte extrem klein. In Ge und vor allem Si ist kT bei 4.2 K aber auch noch wesentlich kleiner als die Ionisierungsenergie E$_{d}$ der Fremdatome, so daß in diesen Elementen die Majoritätsladungen ebenfallsausfrieren. Nicht vom Ausfrieren der Ladungen betroffen sind n-dotierte III-V Verbindungen wie GaAs und InSb. Für sie ist E$_{d}$ = O. Auch starke Dotierungsgrade reduzieren die Ionisierungsenergie. In Si und Ge durchlaufen die Beweglichkeit und die elektrische Leitfähigkeit ein Maximum beim Abkühlen. Der Tieftemperaturwert(4.2 K) dieser Größen liegt weit unter dem entsprechenden Raumtemperaturwert. In den n-dotierten III-V Verbindungen, die nicht vom Ausfrieren der Ladungen betroffen sind, sind Beweglichkeit und Leitfähigkeit bei 4.2 K von derselben Größenordnung wie bei Raumtemperatur. Die Lebensdauer von Minoritätsladungen nimmt um mehrere Größenordnungen beim Abkühlen auf 4.2 K ab. Auch das thermische Rauschen sinkt stark ab. Bezüglich der einzelnen Bauelemente läßt sich folgendes generell sagen. Wegen des Ausfrierens der Ladungen sind Halbleiterbauelemente, in denen III-V Verbindungen verwendet werden, durchweg solchen vorzuziehen, in denen Ge oder sogar Si verwendet wird. .Aber auch von der Funktionsweise her sind nicht alle Bauelemente gleich gut für den Tieftemperaturbetrieb geeignet. Wegen der starken Verkürzung der Lebensdauer von Minoritätsladungen beim Abkühlen ist es wesentlich günstiger, wenn der Ladungstransport durch Majoritäts- statt durch Minoritätsladungen bewerkstelligt wird. Deshalb sind Feldeffekttransistoren den bipolaren Transistoren unbedingt vorzuziehen. Bauelemente, die auf Feldemissionoder Tunneln von Ladungen durch Potentialbarrieren beruhen, sind sehr gut für den Tieftemperaturbetrieb geeignet. Hierzu gehören Tunneldioden, manche Zenerdioden und MOSFETs