O metodă de creștere a monocristalelor germaniului folosind formatorul

Problema principală a acestei metode - o creștere a randamentului datorită preparării monocristalelor unui universal, fără defecte structurale, fără stres, distribuția omogenă a impurităților cu eficiență ridicată și cu o reducere substanțială a costurilor de exploatare.

Conform metodei propuse, creuzetul (forma de obicei circulară) amplasate simetric formatorul a manșonului (rotundă sau altă formă). Formatorul în locul pervaze partea de jos a formatorului la un deschideri creuzet. Raza orificiilor (r) nu trebuie să depășească raza maximă (Rmax), definită prin formula

unde K = 0,2 cm 2 - un factor constant (germaniu); h - nivelul formatorului germaniu topiturii (cm).

Numărul (N) de găuri în piesele formatorului 12-18. deschideri sunt situate la distanțe egale una față de cealaltă.

Mărimea și numărul de găuri au fost evaluate teoretic și verificată empiric pe baza rezultatelor in crestere cristale unice de germaniu sub forma unui diametrul discului de 100-300 mm, sub forma unui pătrat și o secțiune transversală dreptunghi cu laturile de 100-200 mm.

Derularea procesului de creștere: în formatorul este plasat inițial încărcat și topit-l. Topitura rămâne în formatorul și curge afară prin găurile din creuzet datorită forțelor de tensiune de suprafață. In topitura filare un cristal de însămânțare este plasat în prima etapă se realizează cristalizarea în direcția radială, cu rotirea cristalului în creștere până când atinge formatorul. În plus, nu rotație se realizează prin scăderea temperaturii de cristalizare în direcția axială până la întărire integrală a întregului volum de topitură. topitură germaniu Excesul format prin cristalizare, curge prin găuri și se întărește la fundul creuzetului. Când cristalele cresc de germaniu întregii rigging - formatorul creuzet, un radiator, ecrane - sunt realizate din grafit.

In figura 1a) prezintă o etapă inițială a procesului: 1 formatorul plasat în creuzetul 2, melt creat 3 a cărui înălțime este h. Formatorul 1 - în partea inferioară adiacentă fundul creuzetului 2, deschiderile 4.

In figura 1b) prezintă o primă etapă de creștere un singur cristal de germaniu. La cristal sămânță 5, care se rotește cu o viteză unghiulară ω predeterminată, cu cristale cultivate 6. Rotirea cristalului 6 este realizată atât timp cât diametrul său mai aproape de diametrul formatorului 1 (formatorul cristal atingere). Apoi, rotația cristalului 6 este oprit, suprafața superioară a topiturii este complet cristalizat.

În etapa finală a procesului (1C)) cristalizarea se realizează fără rotație în volumul închis al topiturii 3. Surplusul Cantitatea de topitură 7, format prin cristalizare, curge prin orificiul capilar 4 în partea de jos a creuzetului 2. Procesul de scurgere cantitate excesivă de topitură 7 va avea loc până se intareste întregul volum al topiturii 3 în formatorul.

Metoda lui Stepanov

O metodă de obținere a unui unic cristal germaniu topi metoda de tragere este modificată Stepanov. Conform metodei, cultivarea monocristalelor produse prin topirea mai întâi materialul de pornire din creuzet și cristalizând acesta printr-o sămânță singur cristal rotativ folosind imersia în formatorul de topitură (întruchipat ca un inel sau o altă formă corespunzătoare profilului lingoului crescut), care este montat rigid pe tija de semințe. În prima etapă în procesul de creștere a rotative împreună cu formatorul fără a trage cristalul de însămânțare este cultivat este format care ajunge din formatorul și dobândește definită de o suprafață laterală. La etapa a doua a cristalului individual trăgând împreună cu formatorul în direcția axială (adică formarea înălțimii lingou). Un dezavantaj al acestei metode este randamentul scăzut al monocristalelor asociate cu niveluri ridicate de tensiuni termice în lingourile, care apar în momentul tragerea lor axial. solicitări termice conduc la heterogenitate semnificativă a indicelui de refracție al monocristalelor folosite in optica in infrarosu, reducând rezistența mecanică a lingourilor - fisurarea lor în timpul prelucrării. Un al doilea dezavantaj semnificativ este un proces de creștere de sprijin tehnologic complicat: semnificativ (mare) germaniu greutate topi greutate lingou mai mare de 3-4 ori; complexitatea de fabricație și montarea dispozitivelor pe modelarea stocului de semințe.

Cel mai aproape de metoda propusă este o metodă de preparare a germaniu monocristalin, metoda cuprinzând crystallizing duce în jos de primer fix, iar în pereții matriței (creuzet) au găuri foarte mici, prin care curge topitura surplus format ca urmare a creșterii volumului în timpul solidificării . Conform metodei de creuzet este direct Shaper conferind predeterminate lingouri de formă cultivate. Găurile sunt realizate într-un creuzet pentru a elimina cantitatea excesivă de topitură formată datorită diferenței dintre densitățile fazelor lichide și solide ale materialului crystallizing. Atunci când densitatea fazei lichide, mai mare decât cristalizare în fază solidă este o creștere a volumului de aproximativ 5,3%.

Metoda de creștere monocristal are dezavantaje semnificative. Metoda vedere tehnic este dificil de realizat la scară industrială - pentru cristalele cresc fiecare creuzet dimensiune predeterminată are nevoie de o configurație destul de complexă. Undetermined orice număr de deschideri sau dimensiunea acestora - în cele din urmă acest lucru poate duce fie la scurgerea topiturii inițiale sau ruperea creuzetului la momentul cristalizării. Extracția de cristal cultivate dintr-un creuzet din cauza fracturii și crăparea creuzetul cristalului mecanic. O creștere de cristal - care formează suprafața superioară a miezului său - fără rotație practic întotdeauna duce la defecte structurale - și polikristallizatsii la o distribuție neuniformă a impurităților. Aceste deficiențe reduc semnificativ randamentul produsului, duce la creșterea consumului de material (grafit germaniu) și face ca utilizarea metodei practic imposibil la scară industrială.