го для вирощування з нього об'ємних кристалів, зокрема за методом Чохральського, в промислових масштабах. Такий приклад вельми переконливо показує ефективність наукового підходу в дослідженні матеріалів, особливо в університетських та інститутських лабораторіях. [1]
Вирощування монокристалів можливо як з використанням монокристалічних затравок, так і спонтанно. Зростання кристалів на затравки однойменного матеріалу називають гомоепітаксіальним, на інших придатних по кристалографічних параметрах поверхнях - гетероепітаксійних. До основних методів віднесемо наступні:
1.1 Вирощування з розчину в розплаві (спонтанна кристалізація)
В якості легкоплавких флюсів використовують зазвичай (), (824), (450), (817), (670) та ін. Кристалізація відбувається при охолодженні нижче точки насичення. Основними перевагами методу є те, що кристалізацію можна проводити значно нижче температури плавлення одержуваного матеріалу. Недоліки: забруднення елементами флюсу, необхідність у дуже точному регулюванні температури, використання дорогих платинових і ін. Матеріалів тиглів.
1 - кристаллизационная піч, 2 - Цилліндрічеській карборундовий екран, 3 - нагрівальні сілітовие стрижні, 4 - під печі, 5 - тигель, 6 - пристрій для вертикального переміщення, 7 - пристрій для реверсивного обертання, 8 -термопара-датчик, 9 - контрольні термопари
Рисунок 1 - Принципова схема установки для вирощування кристалів з розплаву в розчині
1.2 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 висоті печі.
1 - механізм опускання кристала, 2 - крісталлодержателю, 3 - зростаючий кристал, 4 - муфель, 5 - пальник, 6 - бункер, 7 - механізм струшування, 8 - катетометри
Рисунок 2 - Схема установки для вирощування монокристалів по методу Вернейля
Переваги даного методу: відсутність флюсів та дорогих матеріалів тиглів; відсутність необхідності точного контролю температури; можливість контролю за зростанням монокристала. Недоліки: через високу температури росту кристали мають внутрішні напруження; стехіометрія складу може порушуватися внаслідок відновлення компонентів воднем і випаровування летючих речовин. Швидкість вирощування - кілька мм/год.
. 3 Метод Бріджмена
Метод Бріджмена - зароджуються в нижній частині тигля з розплавом монокристали служать затравкой.
1 - тигель з розплавом, 2 - кристал, 3 - піч, 4 - холодильник, 5 - термопара, 6 - тепловий екран
Рисунок 3 - Схема установки для вирощування монокристалів по методу Бріджмена
Тигель опускається в більш холодну зону печі. Нижня частина тигля - конічна. Швидкість вирощування - також кілька мм/год.
Основною перевагою методу Бріджмена є його технічна простота. Серед недоліків методу Бріджмена слід виділити неможливість (при високотемпературній кристалізації) спостерігати за положенням фронту росту і, відповідно, впливати на нього. Іншим недоліком є ??проблеми, пов'язані з механічним впливом стінок контейнера на монокристал. Має місце і чисто технічна проблема, пов'язана з витяганням монокристала з контейнера. У переважній більшості випадків ця проблема вирішується шляхом руйнування контейнера, хоча і робилися спроби вилучення кристала з контейнера шляхом швидкого нагрівання перевернутого контейнера з кристалом в тій же печі.
. 4 Метод Чохральського
За методом Чохральського виробляють витягування вгору на приманку монокристала з ванни з розплавом. Нагрівання зазвичай здійснюють за допомогою СВЧ-випромінювання. Для зняття виникаючих напруг використовують додаткову піч, через яку проходить вирощуваний кристал і віджигається. Може використовуватися для вирощування кристалів елементів і хімічних сполук, стійких при температурах плавлення-кристалізації.
1 - тигель з розплавом, 2 - кристал, 3 - піч, 4 - холодильник, 5, 6 - механізм витягування
Малюнок 4 - Схема установки для вирощування монокристалів по методу Чохральського
1.5 Метод зонної плавки
Зонна плавка полягає в прогоні зони розплаву по довжині заготовки монокристалу, одночасно в зоні розплаву концентруються домішки і відбувається очищення кристала, кінцеву частину якого потім видаляють. Нагріван...
