Получение монокристаллов из расплава
Методы выращивания монокристаллов из жидкой фазы можно разделить на две группы: выращивание из собственных расплавов и из растворов. В последнем случае химический состав выращиваемого кристалла отличается от химического состава жидкой фазы. В основе всех методов лежит направленная кристаллизация – при переохлаждении расплава зарождение и рост кристалла осуществляются на одной фазовой границе, теплота от фронта кристаллизации отводится преимущественно в одном направлении. Это позволяет кристаллизовать расплав в виде одного монокристалла. Методы направленной кристаллизации: нормальная направленная кристаллизация; вытягивание из расплава; зонная плавка. В методах нормальной направленной кристаллизации заготовка расплавляется целиком. Расплав кристаллизуется с одного конца. Создание переохлаждения на фронте кристаллизации осуществляют путем перемещения тигля с расплавом относительно нагревателя, создающего тепловое поле с градиентом температуры, или путем перемещения нагревателя относительно тигля. В зависимости от расположения тигля с расплавом различают горизонтальный и вертикальный методы нормальной направленной кристаллизации.
Метод Вернейля (рис. 2.8). Порошок (размер частиц 2–100 мкм) высыпается из бункера в трубчатую печь. При падении частицы расплавляются в кислородно-водородном пламени и попадают на верхний оплавленный торец монокристаллической затравки. Кристаллизация осуществляется с заданной скоростью: кристалл медленно опускается, капля расплава постоянно пополняется сверху. Преимущества: отсутствие дорогостоящих тиглей; контроль роста монокристалла. Недостатки: из-за высокой температуры роста кристаллы имеют внутренние напряжения; состав может нарушаться вследствие восстановления компонентов водородом и испарения летучих веществ. Скорость выращивания – несколько мм/час. Это основной промышленный метод производства тугоплавких монокристаллов: рубина, шпинелей, рутила и др.
Метод гарнисажной плавки – разновидность бестигельной зонной плавки, предусматривает расплавление не всего объема слитка, а только его части (см. рис. 2.10). Вытягивают монокристалл как в методе Чохральского. Преимущество: большая однородность получаемых монокристаллических слитков и малое содержание в них кислорода. Недостаток – повышенная плотность дислокаций. Метод зонной плавки (см. рис. 2.11). Зонная плавка может производиться в тигле и без тигля. Обычно тигель помещается в кварцевую трубку, которая заполняется инертным газом. Плавка заключается в прогонке зоны расплава по длине заготовки поликристалла. Стрелкой на рис. 2.11 показано направление движения нагревателя. В зоне расплава собираются примеси, происходит очистка кристалла. Нагрев осуществляется индукционным, радиационным или оптическим методом. Метод получил распространение в производстве полупроводников, а также тугоплавких монокристаллов молибдена, вольфрама и др.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|