実験による観察では、基底面完全転位が基底面らせん転位の場合1重の菱形積層欠陥が現れ、基底面完全転位がSiコア刃状転位の場合対称的な2重の菱形積層欠陥が現れ、基底面らせん部分転位は臨界的な転位ですが、この転位を含む基底面混合転位の場合、非対称な2重の菱形積層欠陥が現れる場合があることがわかりました。これらの実験結果をふまえて、基底面転位の向きがどの向きの時に1重菱形が出現し、どの向きの時に2重菱形積層欠陥の出現するのか、どの向きの時に積層欠陥は出現しないのかを整理します。
この目的のため、臨界的な基底面らせん部分転位が基底面転位ループのどの部分に位置しているかをまず整理してみます。これまで六角形状の基底面転位ループを描いていましたが、六角形の基底面転位ループを八角形の基底面転位ループに書き変えて考えます。
図5-4はb=1/3[1120]の基底面転位が四面体A‘層またはC’層中に存在するとき、転位が色々な向きを向いた時に、各部分転位のどの部分が、基底面らせん部分転位か、Siコア部分転位か、Cコア部分転位か、を示しています。この図は図2-4の六角形の基底面転位ループの図を、八角形に書き変えただけの図です。図5-4の黄色い部分転位が基底面らせん部分転位部で、この部分が臨界的な部分です。
図5-4を見ると基底面転位の向きと、積層欠陥湧き出し状態の関係を簡単に求めることができます。あたり前の話ですが、基底面完全転位が、±[1010]方向や、±[0110]方向を向いた時に、基底面らせん部分転位が出現します。
基底面完全転位の向きと菱形積層欠陥の湧き出し方との関係を視覚的に理解しやすく示した図を図5-5に示します。
図5-5 はb=1/3[1120]の基底面転位がA‘層またはC’層中に存在するときの基底面転位の向きと、REDG効果により湧き出してくる積層欠陥の枚数及び菱形の向きの関係を示しています。この図では、基底面完全転位が、赤丸Xを回転軸として時計の針のように回転するようなモデルを示しています。基底面完全転位が時計の針のように12時方向を向いている時は、図5-4(a)または図5-5 (a)の状態、つまりξ=[1120]の状態を示しています。この状態は、b=1/3[0110]の部分転位はSiコア部分転位なのでこの転位から菱形積層欠陥が湧き出してきますが、右側のb=1/3[1010]はCコア部分転位なので積層欠陥の湧き出しはありません。つまり1枚の菱形積層欠陥のみが現れます。この1枚の菱形積層欠陥が現れる基底面完全転位の方向を図5-5(a)の領域Iとしておきます。
図5-5で、基底面転位が時計の針のように赤丸Xを回転軸として回転して12時方向から1時方向に向きを変えたとします。基底面転位が図5-5(b) ξ= [1010]方向を向いている状態です。この方向は臨界的な方向です。この方向の状態は図5-4(b)の部分の状態です。b=1/3[1010]部分転位はバーガース・ベクトルと転位の向きが同じになり、この方向では、今まで、Cコア部分転位だった部分転位は基底面らせん部分転位になります。この方位では基底面らせん部分転位からも菱形形状の積層欠陥が湧き出すことが観察されると考えられますから、この図5-4(b)、図5-5(b)で示されている向きと、この向きを越えると2重菱形積層欠陥の成長が始まります。
基底面完全転位の向きがξ= [1010]から[0110]までを向いている領域、つまり1時の方向から5時の方向、では2本の基底面部分転位ともSiコア部分転位なので、2本のSiコア部分転位から2重の菱形積層欠陥が現れます。この向きを領域IIとしておきます。この方位の代表は図5-4(c)と5-5(c)の部分です。
さらに、基底面転位の向きが時計の針のように回転し、5時の方向へやってきた状態を考えます。図5-5(d)の向きです。この状態は図5-4(d)です。この状態ではb=1/3[0110]部分転位は、転位の向きとバーガース・ベクトルの向きが反平行になり、この方位は、b=1/3[0110]部分転位は基底面らせん部分転位になって臨界的な転位になることがわかります。この方位を超えて、領域IIIの方位へ、基底面転位が向くとb=1/3[0110]部分転位はCコア部分転位になり、この部分転位からは積層欠陥の湧き出しはなくなります。領域IIIでは菱形積層欠陥は1枚のみ現れます。この1枚の菱形積層欠陥の向き、成長方向、積層欠陥の縁の部分転位のバーガース・ベクトルは、領域Iで現れたものとは異なります。この領域の代表的な基底面転位の方向は図5-5(e)で6時の方向です。部分転位の状態は図5-4(e)です。
基底面転位の向きがξ=[1010]から[0110]までの範囲、図5-5の領域IV、7時の方向から 11時の方向、では2つの部分転位はCコア部分転位なのでREDG効果による菱形積層欠陥の湧き出しはありません。この領域の代表的な転位の方向は、図5-5(g)で、図5-4の(g)の状態です。
図5-5 はb=1/3[1120]の基底面転位が四面体A‘層またはC’層中に存在するときの積層欠陥の湧き出しの場合を図示しています。b=±1/3[1120]の両方の基底面転位がA‘層またはC’層中、あるいはA層またはC層中に存在する場合を同様に書き出すと、図5-6になります。これらの図は鏡映反転操作やc映進対称操作によって導くことができます。
図5-6の4つの図はそれぞれ基底面転位の向きが時計の針のようにぐるっと360度回転する場合、REDG効果によってどのような形状とどのような向きの積層欠陥が何枚生成するのかを示しています。図5-6(a)は図5-5と同じ図です。図5-5では積層欠陥の元となる基底面完全転位の向きを、白矢印は示していますが、図5-6では生成した積層欠陥の縁にある部分転位の向きを、白矢印は示しています。2つの黒丸で示されている貫通刃状転位の間が、積層欠陥の成長が始まる前の基底面転位の場所です。2つの黒丸の間の基底面転位の向きは、時計の針と同じ方向で、赤いXマークを起点に放射状に広がっています。
同じバーガース・ベクトルを持つ基底面転位でも、どの四面体層中に存在しているかによって出現する積層欠陥の出方の仕方が異なることがわかると思います。また、同じバーガース・ベクトルを持っている場合は、積層欠陥が出現しない向きは同じであることはわかります。
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