вання з розплаву володіють найвищою продуктивністю. Це обумовлено тим, що в розплавах дифузійні процеси в рідкій фазі (дифузія до фронту кристалізації компонентів кристаллизующейся фази) не є лімітуючої стадією процесу. За допомогою цих методів можна отримувати досить чисті кристали Ge і Si з високими швидкостями зростання (до 10 мм/год).
Недоліки методів вирощування кристалів з розплаву: використання високих температур зростання, що в ряді випадків може створювати проблеми при контролі температурних градієнтів, необхідних для вирощування кристалів високої структурної досконалості. Високі температури вимагають також більш високих енергетичних витрат при зростанні і сприяють забрудненню розплаву, якщо він знаходиться в тиглі.
Методи спрямованої кристалізації підрозділяються на три групи: методи нормальної спрямованої кристалізації ; методи витягування з розплаву ; методи зонної плавки .
2. Методи нормальної спрямованої кристалізації
У методах нормальної спрямованої кристалізації заготівля розплавляється цілком, а потім розплав кристалізується з одного кінця. Зростання кристала, таким чином, відбувається в контакті зі стінками тигля, що містить розплав. Переохолодження на фронті кристалізації здійснюють шляхом переміщення тигля з розплавом щодо нагрівача, або нагрівача щодо тигля. Залежно від розташування тигля з матеріалом розрізняють горизонтальний і вертикальний методи нормальної спрямованої кристалізації. Вертикальний метод отримав назву методу Бріджмена (рис. 1, а ).
Рис. 1. Схема вирощування кристалів методом нормальної спрямованої кристалізації розплавів: а - вертикальна модифікація (метод Бріджмена); б - горизонтальна модифікація (метод Багдасарова)
Обладнання, необхідне для проведення процесу нормальної спрямованої кристалізації, включає: 1) тигель заданої форми, виготовлений з матеріалу, хімічно стійкого по відношенню до розплаву і газоподібному середовищі, в якому проводиться процес кристалізації; 2) піч, що забезпечує створення заданого теплового поля; 3) систему регулювання температури печі та механічного переміщення контейнера або нагрівача.
Отже, попередньо ретельно очищений вихідний матеріал завантажують у тигель і розплавляють; процес проводять у вакуумі або в нейтральній атмосфері в герметичній камері. Потім починається охолодження розплаву, причому найбільш інтенсивному охолодженню піддається відтягнутий загострений ділянку тигля: тут зароджуються центри кристалізації (рис. 1). Загострений кінець використовується з метою збільшення ймовірності утворення тільки одного центру кристалізації, оскільки обсяг розплаву, що знаходиться в загостреної частини тигля, невеликий. Крім того, у разі утворення кількох центрів кристалізації один з них, що має найбільш сприятливу орієнтацію для зростання, пригнічує ріст інших зародків. З часом у міру переміщення тигля з розплавом щодо нагрівача фронт кристалізації переміщується у бік розплаву і поступово весь розплав в тиглі закрісталлізовивается.
Слід зауважити, що в даному випадку процеси зародження і зростання не контролюються з достатнім ступенем точності, вони залежать від форми фронту кристалізації, від матеріалу і якості виготовлення тигля і всіляких змін умов зростання. Особливо слід зупинитися на сильній залежності досконалості вирощуваного кристала від матеріалу тигля. Для отримання чистих кристалів з мінімальною кількістю власних дефектів необхідне виконання наступних жорстких вимог, що пред'являються до властивостей матеріалу тигля. Розплав і матеріал тигля не повинні вступати в хімічну реакцію. Розплав не повинен змочувати стінки тигля, а після кристалізації зчіплюватися з ним. Теплопровідність і теплове розширення обох матеріалів повинні бути близькі. Тигель повинен володіти достатньої термічної і механічною міцністю. Як матеріал для виготовлення тиглів найбільш часто застосовують скло, плавлений кварц, Високочистий графіт, оксид алюмінію (алунд), платину, нітрид алюмінію.
. Метод Бріджмена
Суть даного методу полягає в тому, що зароджуються в нижній частині тигля з розплавом монокристали служать затравкой. Тигель опускається в більш холодну зону печі. Нижня частина тигля - конічна. Швидкість вирощування - також кілька мм/год.
4. Метод Вернейля
Метод Вернейля реалізується шляхом просипка маленьких порцій порошкової шихти в трубчасту піч, де ця шихта розплавляється під час падіння в киснево - водневому полум'я і живить краплю розплаву на поверхні затравки. Затравка при цьому витягується поступово вниз, а крапля перебуває на одному і тому ж рівні по висот...
