Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

das der Masse 2, obwohl in diesem absolut gesehen um den Faktor 50 bis 100 mehr Deuterium
enthalten ist. Dieser Faktor läßt sich aus dem Verhältnis der Fläche unter dem Rißspitzensignal
bei Masse 3 und der Fläche bei Masse 2 nach Abzug eines linearen H 2 -Untergrundes
abschätzen.
Die Literaturwerte der Diffusionskonstante von Wasserstoff in Aluminium liegen zwischen
10 -10 cm 2 /s und 10 -7 cm 2 /s [411]. Da Wasserstoff in Defekten mit offenem Volumen (Leerstellen,
Jogs, etc.) eingefangen wird, liegt es nahe, von einer niedrigen Diffusionskonstante in der
Größenordnung von 10 -10 cm 2 /s in der plastischen Zone auszugehen. Der Sägeschnitt erfolgte
quer zum Riß über die Rißspitze mit einer Schnittbreite von 500µm, was einer Diffusionszeit
von 4 Stunden bei Raumtemperatur entspricht. Daraus läßt sich eine mittlere Diffusionslänge
von ~30µm abschätzen [409]. Die Zeit in der Wasserstoffsäge bei -20°C spielt im Vergleich
dazu keine Rolle.
Durch diesen Versuch wird die im letzten Kapitel aus Positronenmessungen gewonnene Erkenntnis
unterstützt, daß Wasserstoff unter korrosiven Bedingungen in die frische Oberfläche
einer Rißspitze eindiffundieren kann. Während eine, wenn auch geringe, Konzentration von
Wasserstoff bereits vor dem Versuch in der Probe vorhanden ist, kann das Deuterium nur
während der Rißerzeugung in die Legierung gelangt sein. Durch die Verwendung von deuterierter
NaCl-Lösung wird dieser Effekt aus dem Untergrund des allgegenwärtigen leichten
Wasserstoffs herauspräpariert.
4.6 Plastizität im "spröden" Halbleiter GaAs
Positronen eignen sich nicht nur zur Messung der Plastizität in Metallen und Legierungen,
sondern können auch bei der Untersuchung mechanischer Schädigung in Halbleitern angewandt
werden. Im Gegensatz zu Metallen können Gitterfehler im Halbleiter eine lokale Ladung
besitzen. Ist diese positiv, wirkt sie auf Positronen abstoßend, und der Gitterfehler ist in
Positronenmessungen unsichtbar.
GaAs ist bei Raumtemperatur und Normaldruck ein äußerst sprödes Material, das außerdem
sehr gut entlang der {110}-Ebenen spaltbar ist. Dieses spröde Verhalten ist den meisten Halbleitern
gemeinsam und steht im Gegensatz zu Metallen und Legierungen, die bei Raumtemperatur
meist duktile Eigenschaften zeigen. Unter Normaldruck verhält sich GaAs erst jenseits
von 490°C duktil [412]. Unter höheren Drücken um und unter 1GPa und Temperaturen unterhalb
Raumtemperatur werden jedoch ebenfalls duktile Eigenschaften gefunden [413].
Bei der Herstellung von Wafern für die Mikroelektronik aus GaAs spielen die mechanischen
Eigenschaften eine große Rolle. GaAs-Einkristalle werden entweder nach dem Czochralskioder
dem Bridgeman-Verfahren gezogen [414], und dann mit einer Diamantdrahtsäge in Wafer
zerteilt. Dies resultiert in einer stark geschädigten Oberfläche, die ein nachträgliches mechanisches
oder chemomechanisches Polieren nötig macht [415]. Bei der Beurteilung dieser
Verfahren spielt sowohl eine hohe Güte der Oberfläche, als auch ein geringer Materialverlust
eine Rolle. Insbesondere darf die Oberfläche keine signifikanten Konzentrationen an Gitterdefekten
aufweisen, da diese die elektronischen Eigenschaften des Halbleiters verändern. Beim
zweikomponentigen GaAs existieren sechs Typen von intrinsischen Punktdefekten: Leerstellen
auf den beiden Untergittern V As , V Ga , die beiden Antistrukturdefekte As Ga und Ga As sowie
Zwischengitteratome beider Atomspezies As i , Ga i . Aus Abweichungen der idealen Stöchiometrie
von 1:1 folgt Art und Konzentration der dominierenden Punktdefekte und damit die
Lage des Fermi-Niveaus in der Bandlücke.
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