Cultivarea cristalelor din topitură

Toate metodele tehnologice de creștere a monocristalelor din topitură pot fi împărțite în două grupe: a) metode de creuzet; b) bectigelnye metode.

Cultivarea cristalelor din topitură este în prezent cel mai comun proces industrial, în comparație cu alte metode de cultivare tehnici din topitură au cea mai mare performanță. Acest lucru se datorează faptului că procesele de difuzie în topituri în fază lichidă (difuzia componentelor de fază față de cristalizare) nu sunt de cristalizare limitare a ritmului de pas al procesului. Cu aceste metode, este posibil să se obțină cristale suficient de pure de Ge și Si cu rate de creștere ridicate (până la 10 mm / h).

Dezavantajele metodelor de creștere a cristalelor din topitură: utilizarea temperaturilor ridicate de creștere, care în unele cazuri pot crea probleme în controlarea gradienții de temperatură necesare pentru cristalele de perfecțiune structurală ridicată în creștere. Temperaturile ridicate necesită, de asemenea, un consum mai mare de energie în timpul creșterii și contribuie la contaminarea se topească atunci când acesta este în creuzet.

Tehnicile de solidificare direcționale sunt împărțite în trei grupe: metode normale de solidificare dirijată; Metodele trăgând dintr-o topitură; prin topirea zonei.

Metode de solidificare dirijată normală

Metodele normale ale semifabricatului de solidificare dirijată se topește complet și apoi cristalizat se topesc la un capăt. Creșterea cristalelor are loc, astfel, în contact cu pereții creuzetului care conține topitură. Subrăcire la frontul de cristalizare se realizează prin deplasarea creuzetul relativ la încălzitor de topitură sau încălzitorului în raport cu creuzetul. În funcție de poziția creuzetului cu materialul distinge metodele orizontale și verticale de solidificare dirijată normal. Metoda verticală numită metoda Bridgeman (Fig. 1a).

Fig. 1. Schema metodă de creștere normală a cristalului de solidificare dirijată topiturilor: și - modificarea verticală (metoda Bridgman), b orizontal modificarea (metoda Bagdasarova)

Echipamentul necesar pentru procesul normal de solidificare dirijată, care cuprinde: 1) o formă predeterminată creuzet făcut dintr-un material rezistent chimic la topitură și mediul gazos, în care procedeul de cristalizare se realizează; 2) Cuptorul furnizează căldură crearea câmpului predeterminate; 3) Sistemul de control al temperaturii cuptorului și mișcarea mecanică a containerului sau a încălzitorului.

Astfel, materia primă cu atenție pre-purificată este încărcat într-un creuzet și topit; procesul se desfășoară într-un vid sau într-o atmosferă inertă într-o cameră sigilată. Apoi începe răcirea topiturii, cu răcire mai intensă trase expus porțiune din creuzet ascuțit: aici nuclea centre de cristalizare (Fig.1). Capătul ascuțit este utilizat pentru a crește probabilitatea de formare a unui singur centru de cristalizare, deoarece cantitatea de topitură situată în porțiunea conică a creuzetului este scăzut. Mai mult decât atât, în cazul formării unuia nucleaŃie multiple dintre acestea având orientarea cea mai favorabilă pentru creștere, inhibă creșterea altor embrioni. De-a lungul timpului, ca mișcarea relativ creuzet la încălzitor cu topitura se deplasează față de solidificare în direcția topiturii și, treptat, întreaga topitură în creuzet cristalizeaza.

Trebuie remarcat faptul că, în acest caz, procesele de nucleaŃie și creștere nu sunt controlate cu o precizie suficientă, ele depind de forma frontului de solidificare pe material și calitatea fabricației modificărilor creuzetului și diferite condiții de creștere. O mențiune specială trebuie să fie pe puternică dependență de perfecțiune a cristalului crescut din materialul creuzet. Pentru cristale pure, cu o cantitate minimă de defecte intrinseci este necesar să îndeplinească următoarele cerințe stricte pentru proprietățile materialului creuzet. Creuzetul topitură și materialul nu trebuie să reacționeze chimic. Topitura nu trebuie să ude pereții creuzetului, și după cristalizare se angajeze cu ea. Conductivitatea termică și dilatarea termică a ambelor materiale trebuie să fie aproape. Creuzetul trebuie să aibă o rezistență termică și mecanică suficientă. Ca material pentru fabricarea creuzetelor utilizate cel mai frecvent din sticlă, cuarț topit, grafit de înaltă puritate, alumină (alumină), platină, nitrură de aluminiu.