background image

Atomowa teoria dyfuzji

Efekt izotopowy

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia 

Objętość aktywacji

Korelacje pomiędzy dyfuzją a innymi własnościami

Efekt izotopowy (efekt masy)

W przypadku badania dyfuzji własnej, gdy znacznikiem jest rzadki izotop pierwiastka występującego 
w sieci krystalicznej (po to, żeby go odróżnić od innych atomów tego pierwiastka), to jest on identyczny 
chemicznie z atomami sieci, ale różni się od nich masą, co ma wpływ na wartość współczynnika dyfuzji.

Współczynnik dyfuzji znacznika izotopowego oznacza się jako 

D*

.

Niech dyfundują dwa izotopy tego samego pierwiastka o masach 

m

α

m

β

, Ich współczynniki dyfuzji

oznacza się

i       . Różnica mas dyfundujących izotopów tego samego pierwiastka ma przede 

wszystkim znaczenie dla częstotliwości drgań tych atomów w sieci        i       . Inne parametry, takie jak 
energia aktywacji czy współczynnik korelacji w bardzo niewielkim stopniu zależą od masy. 
Można wykazać (używając modelu oscylatora harmonicznego), że:

Ta zależność prowadzi do następującego wyrażenia:

- parametr efektu izotopowego

ΔK

współczynnik energii kinetycznej

– jest to ułamek całkowitej energii kinetycznej przeskakującego 

atomu w punkcie siodłowym w odniesieniu do całkowitej energii kinetycznej związanej z ruchem wszystkich 

atomów w kierunku przeskoku (tzn. przeskakujący atom oddziałuje z innymi atomami i w związku z tym 

część jego energii kinetycznej jest zużywana na pobudzenie sąsiadujących atomów do ruchu). 

W przypadku mechanizmu międzywęzłowego  

ΔK=1

, a w przypadku mechanizmu wakancyjnego:

gdzie 

Z

– liczba najbliższych sąsiadów

– objętość związana z powstaniem jednej wakancji

*

*

D

β

0

α

ν

0

β

ν

α

ν

α

ν

β

β

m

m

0

0

E

K

f

m

/

m

1

*

D

/

*

D

m

/

m

1

*

D

/

*

D

Δ

β

α

α

β

α

β

α

β

1

1

3

2

1

⎥⎦

⎢⎣

+

)

V

(

/

Z

K

F

V

Δ

Δ

F

V

V

Δ

background image

Efekt izotopowy (efekt masy) - eksperyment

Po wygrzewaniu dyfuzyjnym rozkład dyfundujących izotopów 

α

β

wewnątrz próbki opisuje funkcja Gaussa:

Po podzieleniu obu rozwiązań stronami, zlogarytmowaniu wyniku dzielenia i wyeliminowaniu zmiennej 

x

2

(np z pierwszego równania) otrzymuje się taką zależność:

Jest to zależność liniowa typu 

y(z) = a + bz

, w której współczynnik nachylenia prostej  



=

t

*

D

4

x

exp

t

*

D

M

c

2

α

α

α

α

π

oraz

*

*

A

β

oraz

*

*

B

β

oraz

*

*

B

β

oraz

*

*

C

β

oraz

*

*

A

β



=

t

*

D

4

x

exp

t

*

D

M

c

2

β

β

β

β

π

Dyfuzja własna (samodyfuzja)

(self-diffusion)

Heterodyfuzja

(heterodiffusion)

Dyfuzja własna (A i B)

Heterodyfuzja (C)

α

α

α

β

β

c

ln

1

*

D

*

D

const

c

c

ln



=

1

*

D

/

*

D

b

=

β

α

y

a

b

z

Przed wygrzewaniem na powierzchnię próbki nanosi się 

cienką warstwę dwóch izotopów tego samego pierwiastka

Efekt izotopowy (efekt masy) - eksperyment

Stężenie izotopów było wyznaczane 
metodami radioizotopowymi.

Przykład badań przeprowadzonych dla dyfuzji własnej złota w monokrysztale złota. 

Do badania użyto promieniotwórczych izotopów 

195

Au oraz 

199

Au. 

Złoto występujące w stanie naturalnym składa się prawie w 100% z izotopu 

197

Au.

Badania Harta i współpracowników, 1978

Wyznaczony współczynnik 

korelacji wskazuje na 

przeważającą rolę mechanizmu 

wakancyjnego oraz pewien udział

mechanizmu diwakancyjnego, 

który wzrasta wraz z temperaturą.

W przypadku dyfuzji atomów złota 

poprzez mechanizm 

międzywęzłowy:

Parametr efektu izotopowego

Współczynnik korelacji f = 0,4579
Mechanizm diwakancyjny 

Mechanizm wakancyjny
Współczynnik korelacji f = 0,7815

Badanie efektu izotopowego pozwala wyznaczyć
eksperymentalnie współczynnik korelacji, którego 
znajomość z kolei pozwala określić jaki mechanizm 
atomowy odpowiada za dyfuzją danego pierwiastka 
w danym materiale.

9

,

0

K

Δ

T

t

(Au) = 1337,5 K

background image

Efekt izotopowy (efekt masy) - eksperyment

Przykład badań przeprowadzonych dla dyfuzji własnej srebra. 

Wyznaczony współczynnik korelacji wskazuje 

na przeważającą rolę mechanizmu 

wakancyjnego oraz pewien udział

mechanizmu diwakancyjnego, który wzrasta 

wraz z temperaturą i jest już znaczny tuż

przed temperaturą topnienia.

W przypadku dyfuzji atomów srebra poprzez 

mechanizm międzywęzłowy:

Parametr efektu izotopowego E = f·K

Δ

Współczynnik korelacji f = 0,4579
Mechanizm diwakancyjny 

Mechanizm wakancyjny
Współczynnik korelacji f = 0,7815

9

,

0

K

Δ

Kompilacja H. Mehrera (2007) wyników podanych 
przez różnych autorów, co pokazują różne symbole.

T

t

(Ag) = 1234,9 K

Temperaturowa zależność współczynnika dyfuzji 
własnej srebra – interpretacja danych w oparciu 
o model wakancyjny i diwakancyjny.

Wpływ diwakancji jest widoczny dopiero w 
najwyższych temperaturach

Backus i inni, 1978

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia wynika bezpośrednio z zależności temperaturowej 
(Arrheniusa) współczynnika dyfuzji:

Ale:

ΔG = ΔH - TΔS = ΔU + pΔV - TΔS     ΔH = ΔU + pΔV

W dotychczasowych rozważaniach dotyczących dyfuzji milcząco zakładano, że proces dyfuzji zachodzi 
przy stosunkowo niewielkich ciśnieniach będących rzędu atmosfery fizycznej. W takich warunkach 
rzeczywiście czynnik 

pΔV 

może być pominięty (mała ściśliwość ciał stałych) i wówczas

ΔH ≈ ΔU

.

Przy zastosowaniu bardzo wysokich ciśnień nie można już zaniedbać ściśliwości ciała stałego.

Z równania na 

ΔG

wynika, że przy stałej temperaturze:

ΔV

– objętość aktywacji dyfuzji.

Zatem z zależności temperaturowej współczynnika dyfuzji wynika, że przy 

T = const

:

⎟⎟

⎜⎜

=

⎟⎟

⎜⎜

⎟⎟

⎜⎜

⎟⎟

⎜⎜

=

=

T

k

G

exp

T

k

H

exp

k

S

exp

T

k

Q

exp

D

B

0

2

B

B

0

2

B

0

a

g

f

a

g

f

D

Δ

Δ

Δ

ν

ν

T

p

G

V

⎟⎟

⎜⎜

=

Δ

Δ

p

)

a

g

f

ln(

T

k

p

D

ln

T

k

V

0

2

B

T

B

+

⎟⎟

⎜⎜

=

ν

Δ

składowa korygująca

background image

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Przykład danych eksperymentalnych:

Dyfuzja własna złota 

198

Au w monokrysztale Au

Badania Wernera i Mehrera (1983)

Nachylenie prostej 

ln(D)

w funkcji 

p

pozwala wyznaczyć pierwszą składową we wzorze na 

ΔV

.

Druga składowa – korygująca, może być wyznaczona z następującego przybliżenia:

gdzie: 

κ

T

– współczynnik ściśliwości izotermicznej

γ

G

– parametr Grüneisena – określa zmianę

częstotliwości drgań atomów w sieci 

krystalicznej przy zmianie objętości

Czynnik korygujący przyjmuje wartości rzędu ~ 0,01÷0,03 

. Jest to wartość znacznie mniejsza  od wartości  

otrzymywanej z nachylenia prostej 

ln(D)

w funkcji 

p

. Zatem, biorąc pod uwagę dokładność z jaką można 

eksperymentalnie wyznaczać tę wartość, czynnik korygujący może być pomijany.

G

T

B

T

k

γ

κ

korygująca

składowa

- objętość atomowa

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Objętość aktywacji – dyfuzja własna

W przypadku dyfuzji zachodzącej według mechanizmu międzywęzłowego: 

ΔG = G

M

W przypadku mechanizmu wakancyjnego: 

ΔG = G

M

+ G

F

Gdzie indeksy 

M

F

oznaczają energię swobodną Gibbsa ruchu (M - migracji) atomu 

i tworzenia (F - formowania) się wakancji.
Zatem objętość aktywacji można podzielić na dwie składowe (mechanizm wakancyjny):

gdzie:

V

M

– objętość aktywacji związana z ruchem atomu

V

F

– objętość aktywacji związana z utworzeniem się wakancji

F

M

T

F

T

M

T

V

V

p

G

p

G

p

G

V

+

=



+



=

⎟⎟

⎜⎜

=

Δ

Δ

background image

Objętość aktywacji dyfuzji związana z formowaniem się defektów 

V

F

.

Mechanizm wakancyjny:

Mechanizm międzywęzłowy:

„Sztywna” sieć

Rzeczywista sieć                 „Sztywna” sieć

Rzeczywista sieć

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Objętość aktywacji – dyfuzja własna

relaksacja sieci

relaksacja

sieci

=

F

V

V

relaks

V

F

V

V

V

=

=

F

i

V

relaks

F

i

i

V

V

+

=

F

V

V

- objętość potrzebna do utworzenia jednej wakancji

F

i

V

- objętość potrzebna do umiejscowienia jednego atomu w  pozycji międzywęzłowej

relaks

V

V

- objętość relaksacji sieci związanej z utworzeniem jednej wakancji

relaks

i

V

- objętość relaksacji sieci związanej z umiejscowieniem jednego atomu 

w  pozycji międzywęzłowej

Objętość aktywacji dyfuzji związana z przemieszczaniem się atomów 

V

M

.

Mechanizm wakancyjny:

Mechanizm międzywęzłowy:

Atom w pozycji

Atom w pozycji

Atom w pozycji

Atom w pozycji

równowagi

siodłowej

równowagi

siodłowej

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Objętość aktywacji – dyfuzja własna

przeskok atomu

~ 10

-12

s

M

V

V

- objętość aktywacji przeskoku atomu w przypadku mechanizmu wakancyjnego

M

V

i

przeskok atomu

~ 10

-12

s

- objętość aktywacji przeskoku atomu w przypadku mechanizmu międzywęzłowego

Objętość aktywacji związana z ruchem (przeskokiem) atomu 

V

M

jest to różnica między objętością 

otoczenia atomu w punkcie siodłowym a położeniem równowagi. 

background image

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Objętość aktywacji – dyfuzja własna – przykład eksperymentu

Badania eksperymentalne przeprowadzone dla niektórych metali np. złota i platyny wykazały , że 
wartości objętości aktywacji ruchu atomów mają wartości rzędu 

V

M

≈ 0,15

.

Całkowita wartość objętości aktywacji dyfuzji w przypadku metali o gęstym upakowaniu atomów jest 
najczęściej zawarta w przedziale 

ΔV ≈ 0,6 ÷ 0,9

.

Zatem, o wielkości objętości aktywacji dyfuzji w przypadku mechanizmu wakancyjnego decyduje 
przede wszystkim objętość związana z formowaniem się wakancji 

V

F

:

V

F

>> V

M

Eksperymentalnie wyznaczona wartość objętości aktywacji 

ΔV

dyfuzji własnej złota w zależności od temperatury.

Kompilacja H. Mehrera (2007) wyników badań kilku autorów.

Stała wartość objętości aktywacji dyfuzji w funkcji temperatury 
świadczy o tym, że tylko jeden mechanizm dyfuzji jest 
odpowiedzialny za dyfuzję własną złota.

T

t

(Au) = 1337,5 K

W przypadku dyfuzji obcych atomów jakiejś domieszki pojawia się dodatkowy czynnik związany 
z oddziaływaniem przyciągającym lub odpychającym pomiędzy atomami domieszki a wakancjami.

Wówczas entalpia swobodna Gibbsa potrzebna do powstania jednej wakancji       jest powiększana lub 
pomniejszana w zależności od typu oddziaływania przez mniejszą od zera lub większą od zera entalpię 
swobodną Gibbsa

wynikającą z oddziaływania pomiędzy wakancją a atomem domieszki.

Współczynnik dyfuzji ma znaną już postać:

Pamiętając, że:

Otrzymuje się wzór na całkowitą objętość aktywacji dyfuzji domieszki:

Zależność współczynnika dyfuzji od ciśnienia

Objętość aktywacji – dyfuzja domieszek przy ich niedużym stężeniu (heterodyfuzja)





=

T

k

G

exp

T

k

G

G

exp

ga

f

D

B

M

B

B

F

V

2

0

2

2

2

ν

- objętość związana z utworzeniem pary atom domieszki - wakancja

B

F

V

V

V

W przypadku dyfuzji międzywęzłowej małych atomów jak: C, N, O objętość aktywacji dyfuzji wynosi:

Dyfuzja międzywęzłowa małych atomów domieszek charakteryzuje się bardzo małymi wartościami 
objętości aktywacji, np. w przypadku dyfuzji C i N w  

α

-Fe wynoszą -0,08 

i +0,05 

.

Dyfuzja międzywęzłowa domieszek jest zatem praktycznie niezależna od ciśnienia.

F

V

G

B

G

T

p

G

V

⎟⎟

⎜⎜

=

Δ

Δ

⎟⎟

⎜⎜

+

=

p

f

ln

ln

T

k

V

V

V

V

2

B

M

2

B

F

V

2

Δ

C

2

- zależność ciśnieniowa współczynnika korelacji

M

2

2

V

V

=

Δ

background image

Korelacje między dyfuzją a innymi własnościami materiałów

Związek własności dyfuzyjnych materiałów z ich temperaturą i entalpią topnienia

Takie termodynamiczne własności materiałów jak temperatura i ciepło topnienia albo moduł sprężystości 
wynikają ze stabilności danej fazy krystalicznej. Zatem, parametry dyfuzji własnej w tych materiałach, jako 
zależne od własności sieci krystalicznej mogą być powiązane z tymi własnościami.

Wielkość entalpii dyfuzji odniesionej do energii w temperaturze 

topnienia dla kilku grup materiałów o różnej strukturze krystalicznej

Wielkość współczynnika dyfuzji w temperaturze topnienia 

dla kilku grup materiałów o różnej strukturze krystalicznej

RPC metale ziem rzadkich

RPC metale alakliczne

węgliki metali

RPC metale przejściowe

metale o strukturze heksagonalnej

RSC metale

grafit

halogenki metali alkalicznych

ind

tlenki

struktura tetragonalna

lód

t

RPC metale ziem rzadkich

RPC metale alkaliczne

węgliki

RPC metale przejściowe

RSC metale

grafit

halogenki metali alkalicznych

struktura trójskośna

tlenki

struktura tetragonalna

lód

metale o strukturze heksagonalnej

t

Brown i Ashby, 1980

Brown i Ashby, 1980

Niewielkie różnice wartości współczynnika 

dyfuzji w temperaturze topnienia materiałów o tej 

samej strukturze krystalicznej i takim samym 

wiązaniu chemicznym wynikają z tego, że 

wartości 

D

0

ΔH/k

B

T

t

są do siebie bardzo 

zbliżone.

Zasada van Liempta: 

ΔH ≈ K

1

·T

t

,

która 

poprzez zasadę Troutona

(

S

t

= H

t

/T

t

≈ 9,6 J/mol

) prowadzi do zależności:

ΔH ≈ (K

1

/S

t

)·H

t

≡ K

2

·H

t

gdzie 

K

1

K

2

są stałymi w danej grupie 

materiałów.

Korelacje między dyfuzją a innymi własnościami materiałów

Związek własności dyfuzyjnych materiałów z ich temperaturą i entalpią topnienia

Temperatura topnienia T

t

/  K

Entalpia topnienia H

t

/  kJmol

-1

Entalpia akty

w

acji 

Δ

H  /  kjmol

-1

Entalpia akty

w

acji 

Δ

H  /  kjmol

-1

Wartość entalpii (ciepła) dyfuzji własnej

w metalach o gęstym upakowaniu atomów 

w funkcji temperatury topnienia

Wartość entalpii (ciepła) dyfuzji własnej 

w metalach o gęstym upakowaniu atomów 

w funkcji entalpii (ciepła) topnienia

Tiwari i inni, 2005

Tiwari i inni, 2005

Z nachylenia prostych wyznaczonych metodą regresji 
liniowej wyznaczono wartości stałych 

K

1

K

2

dla 

metali o gęstym upakowaniu atomów:
K

1

≈ 146 Jmol

-1

K

-1

K

2

≈ 14,8

RSC

RPC

HZ

RSC

RPC

HZ

background image

Przykłady danych dyfuzyjnych

Metale o strukturze regularnej – dyfuzja własna

Metale o strukturze RSC

D(T

t

) = 10

-12

÷10

-13

m

2

s

-1

Q = ΔH = (15÷19)·k

B

·T

t

kilka10

-6

m

2

s

-1

< D

0

< kilka10

-4

m

2

s

-1

Metale o strukturze RPC

t

t

D(T

t

) = 10

-11

÷10

-12

m

2

s

-1

Znacznie większy rozrzut wartości 

współczynników dyfuzji w danej temperaturze 

zredukowanej  niż w przypadku metali RSC

Ogólna zasada dotycząca dyfuzji własnej obowiązująca w metalach mających strukturę RSC lub RPC:

W danej temperaturze zredukowanej T

t

/T w każdej grupie układu okresowego pierwiastków 

dyfuzja własna pierwiastków lżejszych jest wolniejsza od dyfuzji własnej pierwiastków cięższych

W przypadku sieci HZ współczynniki dyfuzji dane 

są następującymi wzorami:

Współczynnik anizotropii:

b

b

V

2

f

c

c

4

3

*

D

ω

=

||

Przykłady danych dyfuzyjnych

Metale – dyfuzja własna – anizotropia

W kryształach tetragonalnych (np. In, Sn) 

i heksagonalnych (np. Zn) osie główne dyfuzji 

charakteryzują się zależnością: 

D

1

= D

2

≠ D

3

czyli wykazują jednoosiową symetrię dyfuzji 
wzdłuż głównego kierunku dyfuzji 

a

3

.

Wyróżnia się zatem dwa współczynniki dyfuzji:

D*

||

- współczynnik dyfuzji w kierunku równoległym 

do tej osi

D*

- w kierunku prostopadłym

W strukturze tetragonalnej:      

D*

|| < D*⊥

W strukturze heksagonalnej:    

D*

|| > D*⊥

Anizotropia w materiałach 

o strukturze HZ (heksagonalnej zwartej)

t

||

(

)

b

b

a

a

V

2

f

f

3

c

2

a

*

D

ω

ω

+

=

(

)

b

b

b

b

a

a

2

2

f

f

f

3

c

3

a

2

*

D

*

D

A

ω

ω

ω

+

=

||

||

background image

Przykłady danych dyfuzyjnych

Metale – dyfuzja domieszek (heterodyfuzja) – mechanizm międzywęzłowy

Porównanie współczynników dyfuzji wodoru 

w żelazie, palladzie i niklu.
T

C

– temperatura Curie niklu (przejście 

ferromagnetyk-paramagnetyk) nie ma 

znacznego wpływu na mechanizm 

dyfuzji

Dyfuzja małych atomów (H, C, N, O) w metalach jest znacznie szybsza od dyfuzji własnej 

oraz heterodyfuzji mechanizmem wakancyjnym. Wynika to przede wszystkim ze znacznie 

mniejszych wartości energii aktywacji, w której skład wchodzi jedynie entalpia ruchu atomów.

Znaczna dyfuzja wodoru w żelazie ma duże 

znaczenie praktyczne ze względu na szkodliwe 

zjawisko kruchości wodorowej w żelazie i stali. 
Prezentowane dane dyfuzyjne dotyczą bardzo 

małych stężeń wodoru.
W metalach typu Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Pd i inne 

rozpuszczalność wodoru jest znaczna co wynika 

z ujemnej entalpii mieszania. Przy większych 

stężeniach tworzy on wodorki metali.
Rozpuszczalność wodoru w metalach 

z VI i VII grupy układu okresowego, w Fe, Co, Ni 

oraz w metalach szlachetnych, ze względu na 

dodatnią entalpię mieszania, jest niewielka.

t

t

Dyfuzja domieszek, gdy ich stężenie jest małe (nie oddziałują na siebie wzajemnie, gdyż można je 

uznać za izolowane od siebie) zależy od:

wielkości atomu domieszki

, co ma wpływ na energię swobodną Gibbsa związaną z przeskokiem

jego wartościowości względem wartościowości atomów własnych danego metalu

, co ma wpływ 

zarówno na energię swobodną Gibbsa związaną z przeskokiem atomu, jak i na oddziaływanie 

przyciągające bądź odpychające wakancje, w wielu przypadkach stwierdzono, że domieszki 

o większej wartościowości niż atomy własne metalu przyciągają do siebie wakancje i wobec tego 

ich dyfuzja jest szybsza

• współczynnik korelacji dyfuzji domieszek

w odróżnieniu od współczynnika korelacji atomów 

własnych jest parametrem zmiennym, 

zależy od rodzaju domieszki i jej stężenia

.

Dyfuzja domieszek w srebrze

– tzw. „normalna” dyfuzja 

domieszek, tzn. parametry dyfuzji domieszek mieszczą się 

w stosunkowo wąskim, dobrze określonym przedziale wokół 

tych parametrów dotyczących dyfuzji własnej:

0,01 < D

2

/D < 100

(blisko 

T

t

)

Podobny charakter ma dyfuzja domieszek w metalach 

o strukturze RSC: Au, Cu, Ni i strukturze HZ: Zn, Cd.

Przykłady danych dyfuzyjnych

Metale – dyfuzja domieszek substytucyjnych – mechanizm wakancyjny

10

D

D

1

,

0

0

0

2

<

<

25

,

1

H

H

75

,

0

2

<

<

Δ

Δ

background image

Przykłady danych dyfuzyjnych

Metale – dyfuzja domieszek substytucyjnych

10

4

/T  

/

K

-1

10

3

/T  

/

K

-1

10

4

/T  

/

K

-1

Dyfuzja domieszek w Al (struktura RSC)

.

Domieszki metali przejściowych 

dyfundują niezwykle wolno (wartości Q i 

D

0

są znacznie większe niż dla innych 

domieszek). 
Jest to spowodowane silnym 

oddziaływaniem odpychającym między 

tymi atomami a wakancjami.
Skutkuje to zwiększeniem zarówno 

energii aktywacji ruchu 

jak i zmniejszeniu częstotliwości 

przeskoków (gdyż entalpia związana 

z oddziaływaniem jest ujemna).

Domieszki metali szlachetnych w Na lub metali szlachetnych 

i metali z grupy Ni w Pb dyfundują niezwykle szybko.
Inne metale dyfundują w sposób bardziej „normalny”.
Bardzo szybka dyfuzja niektórych domieszek wynika z faktu, że 

atomy tych domieszek są małe w porównaniu z atomami 
macierzystymi (np. 

R

Au

/R

Pb

≈ 0,83

).

W związku z tym pewna, niewielka część atomów tych domieszek 

może przebywać w pozycjach międzywęzłowych i porusza się

jakiś czas szybko dzięki mechanizmowi międzywęzłowemu, po 

czym zajmuje pozycję substytucyjną, gdzie przebywa dłuższy 

czas i porusza się z „normalną” prędkością, charakterystyczną dla 

mechanizmu wakancyjnego (domieszki hybrydowe, mechanizm 

dysocjacyjny).

Przykłady danych dyfuzyjnych

Półprzewodniki Ge i Si

Porównanie współczynników dyfuzji własnej 

Ge i Si z dyfuzją własną w kilku metalach.

„Luźna” struktura diamentu, w której krystalizują 

german i krzem.
W germanie dyfuzja własna zachodzi praktycznie 

wyłącznie dzięki mechanizmowi wakancyjnemu.
W krzemie dyfuzja własna zachodzi dzięki dwóm 

mechanizmom: wakancyjnemu

i międzywęzłowemu z wypieraniem.

t

background image

Przykłady danych dyfuzyjnych

Półprzewodniki Ge i Si – dyfuzja domieszek

Dyfuzja domieszek w germanie:
Linie ciągłe – mechanizm wakancyjny
Linie przerywane długie – pierwiastki 

hybrydowe – mechanizm dysocjacyjny
Linie przerywane krótkie – mechanizm 

międzywęzłowy

Dyfuzja domieszek w krzemie:
Linie ciągłe – mechanizm wakancyjny lub 

międzywęzłowy z wypieraniem
Linie przerywane długie – pierwiastki hybrydowe –

mechanizm dysocjacyjny
Linie przerywane krótkie – mechanizm 

międzywęzłowy (tlen dyfunduje znacznie wolniej 

ze względu na silne oddziaływanie krzem-tlen)

t