Calculadora de desalinhamento de rede cristalina

Compare o espaçamento de rede de um filme cristalino com o de um substrato monocristalino. Introduza as suas constantes de rede para calcular o desalinhamento percentual. Também pode adicionar temperatura, orientação e relaxação para uma comparação de triagem mais detalhada. Utilize esta calculadora ao avaliar substratos cristalinos para filmes epitaxiais e outros materiais cristalinos em camadas.

Constante de rede do filme:

Constante de rede do substrato:

Unidade:

Expansão térmica do filme:

ppm/K

Expansão térmica do substrato:

ppm/K

Reference temperature:

°C

Temperatura alvo:

°C

Fator de orientação do filme:

Fator de orientação do substrato:

Relaxação:

Vetor de Burgers:

Coeficiente de Poisson:

Resultados

Variação de temperatura	—
Constante do filme corrigida	—
Constante do substrato corrigida	—
Desajuste bruto	—
Desajuste residual	—
Deformação no plano	—
Estado de deformação	—
Nível de desajuste	—
Espaçamento aprox. de deslocações	—
Espessura crítica aprox.	—

O espaçamento de deslocações e a espessura crítica são estimativas simplificadas apenas para triagem rápida.

Esta calculadora fornece estimativas preliminares. O desalinhamento de rede por si só não pode prever a qualidade do filme, a densidade de defeitos ou a espessura máxima que pode ser crescida com sucesso.

Como utilizar a calculadora de desalinhamento de rede

Introduza as constantes de rede do filme e do substrato usando a mesma unidade de comprimento.
Verifique se os valores representam os espaçamentos no plano que pretende comparar. A orientação cristalina pode alterar o espaçamento relevante na interface.
Se a temperatura for relevante, introduza os valores de expansão térmica e as temperaturas de referência e alvo.
Adicione uma percentagem de relaxação assumida se quiser examinar um filme parcialmente relaxado.
Introduza um vetor de Burgers e um coeficiente de Poisson se quiser as estimativas adicionais de espaçamento de deslocações e espessura crítica.
Reveja os resultados juntamente com as hipóteses de entrada.

Podem usar-se ångströms (Å) ou nanómetros (nm) para as constantes de rede. Mantenha as unidades de comprimento consistentes, incluindo o vetor de Burgers ao interpretar saídas baseadas em comprimento.

Exemplos de valores de desalinhamento de rede

Estes exemplos usam diretamente as constantes de rede listadas, sem ajustes de temperatura, orientação ou relaxação. Ilustram o cálculo; a seleção real de substrato requer os espaçamentos no plano adequados para a interface proposta.

Film	Substrate	Film constant (Å)	Substrate constant (Å)	Mismatch
GaAs	Si	5.6533	5.4310	+4.093%
Ge	Si	5.6580	5.4310	+4.180%
InP	GaAs	5.8687	5.6533	+3.810%
Example A	Example B	4.1200	4.1000	+0.488%

Como o desalinhamento de rede é calculado

Para dois espaçamentos de rede no plano compatíveis:

Desalinhamento de rede (%) = [(espaçamento do filme − espaçamento do substrato) / espaçamento do substrato] × 100

Por exemplo, um espaçamento de filme de 3,90 Å e um espaçamento de substrato de 3,85 Å dão:

Desalinhamento = [(3,90 − 3,85) / 3,85] × 100 ≈ +1,30%

Um resultado positivo significa que o espaçamento do filme introduzido é maior do que o do substrato. Um resultado negativo significa que é menor. O valor absoluto dá o tamanho da diferença. O sinal segue esta fórmula; por si só não é uma medida da tensão ou deformação do filme após o crescimento.

Porque a orientação e a temperatura importam

Uma constante de rede publicada nem sempre é o espaçamento que deve ser comparado na interface filme–substrato. A orientação da superfície e as direções alinhadas através da interface determinam a geometria no plano relevante. Utilize fatores de orientação apenas quando representam uma relação definida para o par de materiais.

As constantes de rede também mudam com a temperatura. A calculadora estima valores à temperatura alvo a partir dos coeficientes de expansão térmica introduzidos. Trata-se de um ajuste simplificado, especialmente num intervalo amplo de temperatura ou quando a expansão varia fortemente com a temperatura.

Como interpretar os resultados adicionais

O desalinhamento residual aplica a percentagem de relaxação que introduz ao desalinhamento calculado. A calculadora não prevê quanto um filme real irá relaxar; essa percentagem é uma hipótese fornecida pelo utilizador.

A deformação no plano apresentada é uma grandeza simplificada derivada do desalinhamento residual. O seu sinal segue a convenção de desalinhamento da calculadora e não deve ser lido por si só como um estado confirmado de tração ou compressão num filme crescido.

O espaçamento de deslocações e a espessura crítica também são estimativas simplificadas. Podem ajudar a comparar cenários de entrada, mas não substituem modelos de crescimento específicos do material nem medições experimentais.

Usar o resultado para selecionar um substrato

Comece pelo desalinhamento de rede e reveja depois a orientação cristalina, o acabamento superficial, o comportamento térmico, a compatibilidade química, as dimensões disponíveis e as condições de crescimento. Um desalinhamento pequeno é útil, mas não garante uma epitaxia bem-sucedida.

A Stanford Advanced Materials fornece substratos monocristalinos, incluindo titanato de estrôncio (STO), LSAT e zircónia estabilizada com ítria (YSZ). Confirme a orientação e as especificações do produto antes de usar uma constante de rede listada numa comparação.

Perguntas frequentes

O que é o desalinhamento de rede?

É a diferença percentual entre os espaçamentos no plano relevantes de um filme cristalino e do seu substrato, calculada com uma fórmula e um material de referência indicados.

O que significa um desalinhamento positivo?

Com a fórmula desta página, o espaçamento do filme introduzido é maior do que o do substrato. O sinal não descreve, por si só, o estado mecânico medido de um filme crescido.

Um desalinhamento nulo garante um bom filme?

Não. A preparação da superfície, a química da interface, a temperatura de crescimento, as condições de deposição e os defeitos também afetam o crescimento do filme.

Porque é que fontes diferentes podem reportar valores de desalinhamento diferentes?

Podem comparar orientações cristalinas diferentes, usar constantes de rede medidas a temperaturas diferentes ou dividir por espaçamentos de referência diferentes. Verifique os valores e a fórmula subjacentes antes de comparar percentagens.

A espessura crítica calculada é exata?

Não. É uma estimativa preliminar. O comportamento de um filme real depende das suas propriedades materiais, da interface, dos defeitos e das condições de crescimento.

Tabela para conversão do tamanho das partículas

Calculadora de tamanho de metal para peso

Conversor de unidades de densidade

Conversor de unidades de comprimento

Conversor de unidades de massa/peso

Conversor de unidades de pressão

Conversor de unidades de temperatura

Conversor de unidades de volume

Calculadora de preenchimento de cadinho de evaporação

Calculadora de material de deposição de filme fino

Conversor de bitola de fio

Conversor de rugosidade superficial