Calculadora de desajuste de red cristalina

Compare el espaciado de red de una película cristalina con el de un sustrato monocristalino. Introduzca sus constantes de red para calcular el desajuste porcentual. También puede añadir temperatura, orientación y relajación para una comparación de cribado más detallada. Use esta calculadora al evaluar sustratos cristalinos para películas epitaxiales y otros materiales cristalinos en capas.

Constante de red de la película:

Constante de red del sustrato:

Unidad:

Expansión térmica de la película:

ppm/K

Expansión térmica del sustrato:

ppm/K

Reference temperature:

°C

Temperatura objetivo:

°C

Factor de orientación de la película:

Factor de orientación del sustrato:

Relajación:

Vector de Burgers:

Coeficiente de Poisson:

Resultados

Cambio de temperatura	—
Constante de película corregida	—
Constante de sustrato corregida	—
Desajuste bruto	—
Desajuste residual	—
Deformación en el plano	—
Estado de deformación	—
Nivel de desajuste	—
Espaciado aprox. de dislocaciones	—
Espesor crítico aprox.	—

El espaciado de dislocaciones y el espesor crítico son estimaciones simplificadas solo para cribado rápido.

Esta calculadora ofrece estimaciones preliminares. El desajuste de red por sí solo no puede predecir la calidad de la película, la densidad de defectos ni el espesor máximo que puede crecerse con éxito.

Cómo usar la calculadora de desajuste de red

Introduzca las constantes de red de la película y del sustrato usando la misma unidad de longitud.
Compruebe que los valores representan los espaciados en el plano que pretende comparar. La orientación cristalina puede cambiar el espaciado relevante en la interfaz.
Si la temperatura importa, introduzca los valores de expansión térmica y las temperaturas de referencia y objetivo.
Añada un porcentaje de relajación supuesto si desea examinar una película parcialmente relajada.
Introduzca un vector de Burgers y un coeficiente de Poisson si desea las estimaciones adicionales de espaciado de dislocaciones y espesor crítico.
Revise los resultados junto con las hipótesis de entrada.

Pueden usarse ångströms (Å) o nanómetros (nm) para las constantes de red. Mantenga coherentes las unidades de longitud, incluido el vector de Burgers al interpretar salidas basadas en longitud.

Ejemplos de valores de desajuste de red

Estos ejemplos usan directamente las constantes de red listadas, sin ajustes de temperatura, orientación o relajación. Ilustran el cálculo; la selección real de sustrato requiere los espaciados en el plano adecuados para la interfaz propuesta.

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%

Cómo se calcula el desajuste de red

Para dos espaciados de red en el plano compatibles:

Desajuste de red (%) = [(espaciado de película − espaciado de sustrato) / espaciado de sustrato] × 100

Por ejemplo, un espaciado de película de 3,90 Å y un espaciado de sustrato de 3,85 Å dan:

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

Un resultado positivo significa que el espaciado de película introducido es mayor que el del sustrato. Un resultado negativo significa que es menor. El valor absoluto da el tamaño de la diferencia. El signo sigue esta fórmula; por sí solo no es una medida de la tensión o la deformación de la película tras el crecimiento.

Por qué importan la orientación y la temperatura

Una constante de red publicada no siempre es el espaciado que debe compararse en la interfaz película–sustrato. La orientación de la superficie y las direcciones alineadas a través de la interfaz determinan la geometría en el plano relevante. Use factores de orientación solo cuando representen una relación definida para el par de materiales.

Las constantes de red también cambian con la temperatura. La calculadora estima valores a la temperatura objetivo a partir de los coeficientes de expansión térmica introducidos. Se trata de un ajuste simplificado, en especial en un rango amplio de temperatura o cuando la expansión varía mucho con la temperatura.

Cómo interpretar los resultados adicionales

El desajuste residual aplica el porcentaje de relajación que introduce al desajuste calculado. La calculadora no predice cuánto se relajará una película real; ese porcentaje es una hipótesis del usuario.

La deformación en el plano mostrada es una magnitud simplificada derivada del desajuste residual. Su signo sigue la convención de desajuste de la calculadora y no debe leerse por sí solo como un estado confirmado de tracción o compresión en una película crecida.

El espaciado de dislocaciones y el espesor crítico también son estimaciones simplificadas. Pueden ayudar a comparar escenarios de entrada, pero no sustituyen modelos de crecimiento específicos del material ni mediciones experimentales.

Usar el resultado para seleccionar un sustrato

Empiece por el desajuste de red y revise después la orientación cristalina, el acabado superficial, el comportamiento térmico, la compatibilidad química, las dimensiones disponibles y las condiciones de crecimiento. Un desajuste pequeño es útil, pero no garantiza una epitaxia exitosa.

Stanford Advanced Materials suministra sustratos monocristalinos, incluidos titanato de estroncio (STO), LSAT y circonia estabilizada con itria (YSZ). Confirme la orientación y las especificaciones del producto antes de usar una constante de red listada en una comparación.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el desajuste de red?

Es la diferencia porcentual entre los espaciados en el plano relevantes de una película cristalina y su sustrato, calculada con una fórmula y un material de referencia indicados.

¿Qué significa un desajuste positivo?

Con la fórmula de esta página, el espaciado de película introducido es mayor que el del sustrato. El signo no describe, por sí solo, el estado mecánico medido de una película crecida.

¿Un desajuste nulo garantiza una buena película?

No. La preparación superficial, la química de la interfaz, la temperatura de crecimiento, las condiciones de depósito y los defectos también afectan al crecimiento de la película.

¿Por qué distintas fuentes pueden informar valores de desajuste diferentes?

Pueden comparar orientaciones cristalinas distintas, usar constantes de red medidas a temperaturas distintas o dividir por espaciados de referencia distintos. Compruebe los valores y la fórmula subyacentes antes de comparar porcentajes.

¿El espesor crítico calculado es exacto?

No. Es una estimación preliminar. El comportamiento de una película real depende de sus propiedades materiales, la interfaz, los defectos y las condiciones de crecimiento.

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