स्टैकिंग दोष

क्रिस्टलोग्राफी में, स्टैकिंग फॉल्ट एक प्लेनर क्रिस्टलोग्राफिक दोष है जो क्रिस्टलीय सामग्री में हो सकता है। क्रिस्टलीय पदार्थ परमाणुओं की परतों के दोहराए जाने वाले पैटर्न बनाते हैं। इन परतों के क्रम में त्रुटियाँ हो सकती हैं और उन्हें स्टैकिंग दोष के रूप में जाना जाता है। स्टैकिंग दोष एक उच्च ऊर्जा अवस्था में होते हैं, जो  ढेर-गलती ऊर्जा  कहे जाने वाले प्रति यूनिट क्षेत्र में बनने वाले  तापीय धारिता   के माध्यम से  परिमाणित होते हैं। स्टैकिंग दोष क्रिस्टल विकास के समय या प्लास्टिक विरूपण से उत्पन्न हो सकते हैं। इसके अलावा, कम स्टैकिंग-फ़ॉल्ट ऊर्जा सामग्री में अव्यवस्थाएं सामान्यतः एक विस्तारित अव्यवस्था में अलग हो जाती हैं, जो आंशिक अव्यवस्थाओं से घिरा एक स्टैकिंग दोष है।

स्टैकिंग दोषों का सबसे आम उदाहरण क्लोज-पैक्ड क्रिस्टल संरचनाओं में पाया जाता है। चेहरा केंद्रित घन  (एफसीसी) संरचनाएं हेक्सागोनल क्लोज पैक्ड (एचसीपी) संरचनाओं से केवल स्टैकिंग क्रम में भिन्न होती हैं: दोनों संरचनाओं में छह गुना समरूपता के साथ क्लोज-पैक परमाणु विमान होते हैं - परमाणु समबाहु त्रिभुज बनाते हैं। इन परतों में से एक को दूसरे के ऊपर ढेर करते समय, परमाणु सीधे एक दूसरे के ऊपर नहीं होते हैं। पहली दो परतें एचसीपी और एफसीसी के लिए समान हैं, और AB लेबल वाली हैं। यदि तीसरी परत को रखा जाता है ताकि इसके परमाणु सीधे पहली परत के ऊपर हों, तो स्टैकिंग एबीए होगी - यह एचसीपी संरचना है, और यह अबाबाबाब जारी है। चूँकि, तीसरी परत के लिए एक और संभावित स्थान है, जैसे कि इसके परमाणु पहली परत के ऊपर नहीं हैं। इसके अतिरिक्त, यह चौथी परत में परमाणु हैं जो सीधे पहली परत के ऊपर हैं। यह स्टैकिंग एबीसीएबीसीएबीसी का उत्पादन करता है, जो एक क्यूबिक क्रिस्टल संरचना की [111] दिशा में है। इस संदर्भ में, स्टैकिंग फॉल्ट क्लोज-पैक स्टैकिंग अनुक्रमों में से एक से दूसरे में एक स्थानीय विचलन है। आमतौर पर, स्टैकिंग अनुक्रम में केवल एक-दो- या तीन-परत रुकावटों को स्टैकिंग दोष कहा जाता है। एफसीसी संरचना के लिए एक उदाहरण ABCABABCAB है।

एफसीसी क्रिस्टल में स्टैकिंग दोष का गठन
स्टैकिंग दोष दो आयामी प्लानर दोष हैं जो क्रिस्टलीय सामग्री में हो सकते हैं। वे क्रिस्टल के विकास के समय, प्लास्टिक विरूपण के समय बन सकते हैं, क्योंकि आंशिक अव्यवस्था पूर्ण अव्यवस्था के पृथक्करण के परिणामस्वरूप चलती है, या उच्च दर वाले प्लास्टिक विरूपण के समय बिंदु दोषों के संघनन के माध्यम से । स्टैकिंग दोष की प्रारंभिक और समाप्ति आंशिक रेखा विस्थापन जैसे आंशिक किनारे विस्थापन के माध्यम से  चिह्नित की जाती है। निकटतम पैक्ड दिशा में निकटतम पैक किए गए विमान पर लाइन अव्यवस्थाएं होती हैं। एक एफसीसी क्रिस्टल के लिए, निकटतम पैक्ड प्लेन (111) प्लेन है, जो ग्लाइड प्लेन बन जाता है, और निकटतम पैक्ड दिशा [110] दिशा है। इसलिए, एफसीसी में एक पूर्ण रेखा अव्यवस्था में बर्गर वेक्टर ½ है, जो एक ट्रांसलेशनल वेक्टर है।

दो आंशिक अव्यवस्थाओं में विभाजन अनुकूल है क्योंकि एक रेखा दोष की ऊर्जा बर्गर के सदिश परिमाण के वर्ग के समानुपाती होती है। उदाहरण के लिए, एक किनारे की अव्यवस्था 1/6 के बर्गर के वेक्टर के साथ दो शॉकली आंशिक अव्यवस्थाओं में विभाजित हो सकती है।  यह दिशा अब निकटतम पैक्ड दिशा में नहीं है, और क्योंकि एक पूर्ण अव्यवस्था को पूरा करने के लिए दो बर्गर के वैक्टर एक दूसरे के संबंध में 60 डिग्री पर हैं, दो आंशिक अव्यवस्थाएं एक दूसरे को पीछे हटाती हैं। यह प्रतिकर्षण प्रत्येक आंशिक अव्यवस्था के आसपास तनाव क्षेत्रों का परिणाम है जो दूसरे को प्रभावित करता है। प्रतिकर्षण का बल कतरनी मापांक, बर्गर के वेक्टर, पॉसों के अनुपात और अव्यवस्थाओं के बीच की दूरी जैसे कारकों पर निर्भर करता है।

जैसे-जैसे आंशिक अव्यवस्था दूर होती है, बीच-बीच में स्टैकिंग फॉल्ट बनता जाता है। स्टैकिंग फॉल्ट की प्रकृति एक दोष होने के कारण, इसमें एक पूर्ण क्रिस्टल की तुलना में उच्च ऊर्जा होती है, इसलिए आंशिक अव्यवस्थाओं को फिर से एक साथ आकर्षित करने के लिए कार्य करता है। जब यह आकर्षक बल ऊपर वर्णित प्रतिकर्षण बल को संतुलित करता है, तो दोष संतुलन अवस्था में होते हैं।

स्टैकिंग दोष ऊर्जा का उपयोग करके अव्यवस्था हदबंदी की चौड़ाई से निर्धारित किया जा सकता है


 * $$ SFE = {G \boldsymbol{b}_1 \cdot \boldsymbol{b}_2 \over 2 \pi d} = {Gb^2 \over 4 \pi d} $$

कहाँ $$\boldsymbol{b}_1$$ और $$\boldsymbol{b}_2$$ बर्गर वैक्टर हैं और $$b$$ असंबद्ध आंशिक अव्यवस्थाओं के लिए सदिश परिमाण है, $$G$$ कतरनी मापांक है, और $$d$$ आंशिक अव्यवस्थाओं के बीच की दूरी।

1/3 के बर्गर के वेक्टर के साथ फ्रैंक आंशिक अव्यवस्थाओं के माध्यम से  स्टैकिंग दोष भी बनाए जा सकते हैं। फ्रैंक आंशिक विस्थापन के कारण स्टैकिंग दोष दो प्रकार के होते हैं: आंतरिक और बाह्य। रिक्ति संकुलन  के माध्यम से  एक आंतरिक स्टैकिंग दोष बनता है और अनुक्रम ABCA_BA_BCA के साथ एक लापता विमान है, जहां BA स्टैकिंग दोष है। इंटरस्टिशियल एग्लोमरेशन से एक एक्सट्रिंसिक स्टैकिंग फॉल्ट बनता है, जहां अनुक्रम ABCA_BAC_ABCA के साथ एक अतिरिक्त प्लेन होता है।

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए स्टैकिंग दोषों
स्टैकिंग दोषों को इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके देखा जा सकता है। एक सामान्यतः उपयोग की जाने वाली तकनीक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) है। दूसरा इलेक्ट्रॉन चैनलिंग कंट्रास्ट इमेजिंग (ईसीसीआई) है जो स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) में होता है।

एक SEM में, निकट-सतह दोषों की पहचान की जा सकती है क्योंकि बैकस्कैटरेड इलेक्ट्रॉन उपज दोष क्षेत्रों में भिन्न होती है जहां क्रिस्टल तनावपूर्ण होता है, और यह छवि में विभिन्न विरोधाभासों को जन्म देता है। स्टैकिंग फॉल्ट की पहचान करने के लिए, मैट्रिक्स में कुछ जाली विमानों के लिए सटीक ब्रैग स्थिति को पहचानना महत्वपूर्ण है, जैसे कि दोषों के बिना क्षेत्र छोटे बैकस्कैटर इलेक्ट्रॉनों का पता लगाएंगे और इस तरह अंधेरा दिखाई देंगे। इस बीच, स्टैकिंग फॉल्ट वाले क्षेत्र ब्रैग की स्थिति को संतुष्ट नहीं करेंगे और इस प्रकार उच्च मात्रा में बैकस्कैटरेड इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करेंगे, और इस प्रकार छवि में उज्ज्वल दिखाई देंगे। कंट्रास्ट को उलटने से ऐसी छवियां मिलती हैं जहां चमकदार मैट्रिक्स के बीच में स्टैकिंग दोष गहरा दिखाई देता है।

टीईएम में, उज्ज्वल क्षेत्र इमेजिंग एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग स्टैकिंग दोषों के स्थान की पहचान करने के लिए किया जाता है। स्टैकिंग फॉल्ट की विशिष्ट छवि एक निम्न-कोण ग्रेन सीमा के पास चमकीले फ्रिंज के साथ डार्क होती है, स्टैकिंग फॉल्ट के अंत में अव्यवस्थाओं के माध्यम से  सैंडविच किया जाता है। फ्रिंज इंगित करते हैं कि स्टैकिंग दोष देखने के तल के संबंध में एक झुकाव पर है।

अर्धचालकों में स्टैकिंग दोष
कई यौगिक अर्धचालक, उदा। समूह III और V से या आवर्त सारणी के समूह II और VI से तत्वों को मिलाने वाले, fcc जिंक ब्लेंड या एचसीपी कोई खास नहीं है क्रिस्टल संरचनाओं में क्रिस्टलीकृत होते हैं। अर्धचालक क्रिस्टल में, दी गई सामग्री के एफसीसी और एचसीपी चरणों में आमतौर पर अलग-अलग ऊर्जा अंतराल ऊर्जा होती है। परिणामस्वरूप, जब स्टैकिंग फॉल्ट के क्रिस्टल चरण में आसपास के चरण की तुलना में कम बैंड गैप होता है, यह एक क्वांटम अच्छी तरह से  बनाता है, जो फोटोल्यूमिनेसेंस प्रयोगों में बल्क क्रिस्टल की तुलना में कम ऊर्जा (लंबी तरंग दैर्ध्य) पर प्रकाश उत्सर्जन की ओर जाता है। विपरीत मामले में (स्टैकिंग फॉल्ट में उच्च बैंड गैप), यह क्रिस्टल की बैंड संरचना में एक ऊर्जा अवरोध का गठन करता है जो अर्धचालक उपकरणों में वर्तमान परिवहन को प्रभावित कर सकता है।