ΔΟΜΗ, ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΣΗ ΥΛΙΚΩΝ

Ειδικού Υποβάθρου / Κορμού

Το μάθημα προσφέρεται και σε φοιτητές προγραμμάτων ανταλλαγής.

- Οι ατέλειες που εμφανίζονται στη δομή του κάθε κρυσταλλικού υλικού επηρεάζουν πολύ σημαντικά τις φυσικές ιδιότητες και καθορίζουν τον τρόπο ανάπτυξης που θα επιλεγεί. Για παράδειγμα οι εξαρμόσεις έχουν ιδιαίτερη επίδραση στις μηχανικές και οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες. Στόχος της ενότητας είναι να παρουσιαστούν τα κύρια στοιχεία, οι συμπεριφορές και οι ομαδοποιήσεις των ατελειών δομής, καθώς και οι σύγχρονοι τρόποι παρατήρησης, ανάλυσης, και προσομοίωσής τους. Η διδακτική ενότητα συνδυάζει στοιχεία κρυσταλλογραφίας και τοπολογίας με θεωρία ελαστικότητας και ενεργειακή μελέτη. Γίνεται πρακτική εφαρμογή της θεωρίας με σειρά ασκήσεων. Με το πέρας της ενότητας οι σπουδαστές αποκτούν τα αναγκαία εφόδια είτε για να συνεχίσουν σε διδακτορικό επίπεδο τη μελέτη των δομικών ατελειών αλλά και για να μπορούν να εκτιμήσουν τη σημασία και τις επιδράσεις τους. - Σκοπός του μαθήματος είναι η εξοικείωση των σπουδαστών με τις βασικές αρχές της πυρηνοποίησης που συνιστά το πρώτο στάδιο των αλλαγών φάσης και της ανάπτυξης υλικών. Μετά το πέρας της ενότητας οι σπουδαστές θα είναι εξοικειωμένοι με τη μαθηματική περιγραφή και τις διεργασίες που διέπουν την ετερογενή και ομογενή πυρηνοποίηση και τους μετασχηματισμούς υγρού/στερεού, στερεού/ατμού & στερεού/στερεού. Θα μπορούν να συνδέσουν την κινητικότητα μίας διεπιφάνειας με το σχήμα των πυρήνων, θα μπορούν να εξηγήσουν τον σχηματισμό δενδριτών ενώ θα είναι εξοικειωμένοι με τις επιδράσεις παραμέτρων όπως η κρυσταλλικότητα και ο προσανατολισμός του υποστρώματος. - Με το πέρας της ενότητας οι φοιτητές είναι εξοικειωμένοι με τις αρχές κινητικής & θερμοδυναμικής που διέπουν την ανάπτυξη υλικών όγκου & λεπτών υμενίων καθώς και με τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση των συνθηκών ανάπτυξης. Συζητούνται εκτενώς τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου και τα βασικά κριτήρια επιλογής της κατάλληλες μεθόδου ανάλογα με τις επιθυμητές ιδιότητες του τελικού προϊόντος. Γίνεται εκτενής συζήτηση της αλληλεπίδρασης των συνθηκών ανάπτυξης/κατεργασίας με την δομή, την χημική σύσταση και τις ιδιότητες των υλικών. - Σκοπός του μαθήματος είναι η διδασκαλία της κατασκευής διαγραμμάτων φάσεως σε ισορροπία, κυρίως μεταξύ δύο συστατικών, μέσω των καμπυλών μεταβολής ελεύθερης ενέργειας Gibbs και των καμπυλών ψύξης. Μετά το πέρας του μαθήματος, οι σπουδαστές θα είναι εξοικειωμένοι με τη κατασκευή και άντληση πληροφοριών από διαγράμματα φάσεων, κυρίως μεταξύ δύο συστατικών που παρουσιάζουν πλήρη ή μερική αναμιξιμότητα.

- Ατέλειες δομής: Στοιχεία κρυσταλλοδομής. Είδη ατελειών. Ατέλειες δυναμικής δομής. Ατέλειες στατικής δομής. Γραμμικές ατέλειες, εξαρμόσεις. Τοπολογικός χαρακτηρισμός εξαρμόσεων-Διάνυσμα Burgers-Τομές Volterra. Εξάρμοση ακμής, εξάρμοση ελίκωσης, μικτή εξάρμοση. Εξαρμόσεις σε fcc, bcc, και hcp δομές. Κίνηση των εξαρμόσεων (ολίσθηση, αναρρίχηση). Ελαστικές ιδιότητες και ενέργεια των εξαρμόσεων. Δυνάμεις επί και μεταξύ των εξαρμόσεων. Μηχανισμοί πολλαπλασιασμού των εξαρμόσεων. Εκτεταμένες ατέλειες, σφάλματα επιστοίβασης, διδυμίες, διεπιφάνειες, σύνορα κρυσταλλιτών μικρής και μεγάλης γωνίας στροφής. - Πυρηνοποίηση & ανάπτυξη: Θεωρία ομογενούς και ετερογενούς πυρηνοποίησης. Σταθερότητα πυρήνων. Ταχύτητα πυρηνοποίησης. Μηχανισμοί ανάπτυξης μονοκρυστάλλων όγκου & λεπτών υμενίων. Mετασχηματισμοί διάχυσης στα στερεά. Ανάπτυξη πυρήνων & μετανάστευση διεπιφανειών. Μηχανισμοί ελέγχου της ανάπτυξης. Επίδραση της έλλειψης προσαρμογής, του χαρακτήρα των διεπιφανειών και του misfit strain στο σχήμα των συσσωματωμάτωνΠυρηνοποίηση σε διεπιφάνειες στερεού/ατμού & στερεού/τήγματος. Μηχανισμοί ανάπτυξης στερεού από το τήγμα. Δενδριτική ανάπτυξη. - Μέθοδοι Ανάπτυξης & Σύνθεσης Υλικών: Κριτήρια επιλογής της μεθόδου ανάπτυξης και περιβαλλοντικές συνέπειες. Μέθοδοι ανάπτυξης υλικών όγκου (Chochralski, Bridgman). Η θερμοδυναμική της ανάπτυξης. Yπολογισμός της ταχύτητας ανάπτυξης, εισαγωγή προσμείξεων και κατανομή τους. Μέθοδοι ζώνης και ανακατανομή προσμείξεων. Ανάλυση των προβλημάτων που είναι εγγενή στις μεθόδους ανάπτυξης από το τήγμα και οδηγούν στην ανάπτυξη λεπτών υμενίων. Μέθοδοι φυσικής και χημικής εναπόθεσης ατμών. Χημική εναπόθεση ατμών (CVD) : μηχανισμός, χαρακτηριστικά, ταχύτητα ανάπτυξης, επίδραση της γεωμετρίας, τροποποιήσεις της CVD. Τεχνολογία πλάσματος και εφαρμογές στην ανάπτυξη υλικών : PECVD, sputter deposition, plasma spray, plasma ashing / etching /stripping. Eπιταξία μοριακής δέσμης (MBE) : μηχανισμός ανάπτυξης, συνθήκες κενού, τροποποιήσεις της μεθόδου. Κρίσιμο πάχος επιταξιακών υμενίων, strain, εισαγωγή εξαρμώσεων. UHV μέθοδοι in-situ χαρακτηρισμού (AES, XPS, RHEED, LEED). - Θερμοδυναμική & Διαγράμματα Φάσεων: Βασικές έννοιες της Θερμοδυναμικής. Κριτήριο της θερμοδυναμικής ισορροπίας. Καμπύλες μεταβολής ελεύθερης ενέργειας Gibbs για ένα και περισσότερα συστατικά. Ιδανικά, συνήθη και πραγματικά διαλύματα. Κατασκευή διαγραμμάτων φάσεων από καμπύλες ελεύθερης ενέργειας Gibbs. Πλήρης και μερική διαλυτότητα. Κανόνας του μοχλού. Κατασκευή διαγραμμάτων φάσεων από καμπύλες ψύξης. Τριαδικά συστήματα. Τρίγωνο του Gibbs. Εφαρμογές με το πακέτο λογισμικού “MATTER”.

ατέλειες δομής, πυρηνοποίηση, ανάπτυξη, θερμοδυναμική, διαγράμματα φάσεων

11-11-2015