Dislocation dynamics in the plastic deformation of silicon crystals I. Experiments

Abstract

Stress-strain characteristics in silicon crystals are investigated as a function of the temperature, the strain rate, and the initial density of dislocations. Dislocation multiplication in the yield region is also observed by means of etch-pit technique. Specimens with lower initial densities of dislocations have higher magnitudes of both the upper and the lower yield stresses. This is shown to be related with the activation of the secondary slip systems during yielding. The effective stress is determined by the strain-rate change technique on the basis of the experimental velocity equation of dislocations. The steady state of deformation where the effective stress is constant with respect to the strain is observed to appear in the deformation stage after stage 0. The density and the velocity of moving dislocations in such steady state are determined as a function of the temperature and the strain rate. Die Eigenschaften des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von Siliziumeinkristallen werden als Funktion der Temperatur, der Verformungsgeschwindigkeit, und der Anfangsversetzungsdichte untersucht. Die Versetzungserzeugung in den Anfangsbereichen der Spannungs-Dehnungs-Diagramme wird in Abhängigkeit von den Verformungsbedingungen mit der Ätzmethode untersucht. Kristalle mit geringer Anfangsversetzungsdichte haben sowohl höhere obere als auch untere Streckgrenzen. Es wird gezeigt, daß dies in Beziehung zur Aktivierung des sekundären Gleitsystems im Anfangsbereich der Verformungskurve steht. Die Effektivspannung wird durch Abgleitungsgeschwindigkeitswechselversuche auf Grund der experimentellen Geschwindigkeitsgleichung der Versetzungen bestimmt. Es wird gefunden, daß der stationäre Zustand im Abgleitungsbereich nach dem Bereich 0 entsteht, wo die Effektivspannung gegenüber der Abgleitung konstant ist. Die Dichte und die Geschwindigkeit der beweglichen Versetzungen im stationären Zustand der Verformung werden als Funktion der Temperatur und der Verformungsgeschwindigkeit bestimmt.