Выращивание кристаллов из расплава расплава (метод Чохральского)

Метод выращивания монокристаллов из расплава (метод Чохральского), как правило, обеспечивает высокие скорости выращивания и получение больших по размеру кристаллов. [c.81]

Впервые искусственный кристалл АИГ-Nd как лазерный элемент был создан в 1964 г. С тех пор было разработано несколько методов выращивания кристалла, наиболее совершенным из которых пока является метод Чохральского [ 24, 25]. Сущность этого метода заключается в том, что исходный материал кристалла сначала расплавляется в специальном тигле и последующая кристаллизация осуществляется путем выведения части расплава из тигля с помощью затравки. Температура затравки несколько ниже температуры расплава, и при вытягивании расплав постепенно кристаллизуется на поверхности затравки. Кристаллографическая ориентировка закристаллизовавшегося расплава воспроизводит ориентировку затравки. В процессе выращивания кристалла тем- [c.9]

Одним из важнейших факторов, влияющих на локальную однородность состава кристалла, является неравномерное распределение потоков жидкости в расплаве, омывающем фронт кристаллизации. В результате этого толщина диффузионного слоя ё в расплаве у поверхности фронта кристаллизации в разных его точках различна, что приводит к неоднородному распределению примеси по сечению растущего кристалла, так как К = Ко/[Ко + (1 - Ко)гхр -Уё/0)]. Эти процессы наиболее ярко проявляются в тех методах выращивания кристаллов, где объем расплава велик, например, в методе Чохральского. На практике для того, чтобы избежать подобного явления, как правило, производят одновременное вращение тигля и кристалла в противоположных направлениях (рис. 6.10). Вращение тигля необходимо для того, чтобы обеспечить осевую симметрию теплового поля в области расплава, так как практически трудно выставить на одну ось нагреватель, тигель и затравку кристалла. При одновременном вращении тигля и кристалла характер движения потоков в расплаве очень сложен и зависит от таких факторов, как направление вращения тигля и кристалла, число оборотов, конфигурация тигля, соотнощение диаметров тигля и кристалла и т.д. Тем не менее, как показывает опыт, для повыщения однородности кристалл необходимо вращать с максимально возможной скоростью (частотой), а тигель — с [c.245]

Выращивание монокристаллов и структурные свойства. Кристаллы выращивались по методу Чохральского в камере с высокочастотным нагревателем. Условия выращивания были типичными для этого метода температурный градиент над поверхностью расплава 100 К см , скорость вытягивания из расплава 5 мм ч , скорость вращения затравки 30 об/мин, скорость охлаждения кристалла после окончания процесса кристаллизации 15 К-Ч-. [c.277]

Наиболее распространенным в настоящее время методом выращивания является метод Чохральского, который состоит в вытягивании затвердевающего кристалла с определенной скоростью из расплава, находящегося в тигле (рис. V. 1). Вокруг тигля размещается нагреватель, роль которого выполняет либо высокочастотный индуктор, либо графитовый нагреватель сопротивления в виде стакана. [c.487]

Широко известен также метод Чохральского —выращивание монокристаллов путем вытягивания из расплава металлической нити (рис, 95, б). Затравочный кристалл погружают в расплав и после ус- [c.206]

Рис. 95, Выращивание кристаллов из расплава по методу (а) Бриджмена, б) Чохральского, (б) методом плавающей зоны и (г) по методу Вернейля,

Слои роста. Наиболее распространенным типом дефектов, свойственным многим кристаллам окислов, выращенным из расплава по методу Чохральского, являются слои или полосы роста, которые вызывают периодические из-меиения показателей преломления вдоль направления роста. В экспериментах по генерации второй гармоники было обнаружено [22], что свег, рассеянный ростовыми полосами, имеет различную поляризацию. Эю обстоятельство приводит к рассеянию излучения второй гармоники н, следовательно, к уменьшению ее интенсивности. Слои роста являются основными оптическими дефектами в кристаллах НБН, и их трудно устранить при выращивании кристаллов. В этих кристаллах встречаются два типа ростовых ПОЛОС тонкие слои толщиной 3 10 мкм и широкие толщиной 25 — 70 мкм [53]. В работе [42] было установлено, что возникновение слоев роста не зависит от сегнетоэлектрической природы материала, но присут ствие их в кристалле, как уже указывалось, стабилизирует определенную форму доменной структуры (см. рис. 5.11). Способность полос роста закреплять домены зависит от толщины слоя. В этом отношении наиболее эффективными являются широкие слои. В работе (гл. 4, [80]) показано, что в слоях роста имеет место также неоднородность механических свойств. [c.223]

Механическую подпитку кристаллизуемого расплава жидкой фазой чаще всего осуществляют при выращивании кристаллов методом Чохральского. Наибольщее распространение получили две модификации этого метода первый — вытягивание монокристалла из расплава в плавающем тигле или в тигле, механически перемещающемся относительно внещнего контейнера, с которым они связаны капиллярным каналом (рис. 7.4) второй метод — вытягивание кристалла из тигля, разделенного перегородкой, через которую рабочая и подпитывающая части тигля соединены капиллярным каналом (рис. 7.5). В обеих модификациях в рабочем режиме в соединительном канале идет непрерывный поток расплава по направлению к рабочему объему. При этом перенос примесного компонента в канале состоит из двух частей потока, вызванного потоком жидкости, и потока, обусловленного молекулярной диффузией. Для управления процессом выравнивания состава вытягиваемого кристалла необходимо, чтобы перенос примеси в канале осуществлялся только механическим перетоком расплава, а выравнивающее действие молекулярной диффузии было подавлено. Это условие легче всего выполняется при использовании длинных и узких соединительных каналов-капилляров. [c.273]

Метод плавки на пьедестале можно использовать для выращивания стержней из металлического или полупроводникового расплава методами Чохральского и Степанова (в настоящее время широко используется при получении полупроводниковых материалов). Как известно, по методу Чохральского в расплав вводят сверху затравку и после оплавления ее торца вытягивают наращиваемый на затравку кристалл, медленно поднимая ее вверх. В большинстве случаев затравка и образующийся кристалл имеют цилиндрическую форму. Метод А.В. Степанова отличается от описанного тем, что дополнительно используется формооб-разователь, позволяющий управлять формой столбика расплава под фронтом кристаллизации и соответственно получать при выращивании кристаллы различной конфигурации. Успещное протекание этих процессов требует точного управления параметрами, влияющими на рост кристаллов, и в первую очередь полем температуры, а при выращивании по методу А.В. Степанова также давлением в расплаве на фронте кристаллизации [73]. [c.108]

Метод выращивания монокристаллов из распла-в а (метод Чохральского), как правило, обеспечивает высокие скорости выращивания и получение больших но размеру кристаллов. Схема установки представлена на рис. 14.4. Сущность метода заключается в том, что в тигель с расплавленным материалом опускают мо-нокристаллическую затравку. После оплавления затравки, которое обеспечивает хорошее ее смачивание расплавом, затравку медленно поднимают. Жидкость, тянущаяся за затравкой, попадая [c.105]

Монокристаллы ниобата лития, как правило, выращиваются методом Чохральского путем вытягивания из расплава. Исходным материалом при этом является спекшийся ииобат лития, приготовленный из смеси Ь1гСОз и N52 О5 высокой очистки [309] Спекшийся Ь1ЫЬОз плавится в платиновом, родиевом или иридиевом тигле при температуре 1300 °С, при которой происходит рост кристалла. Скорость роста колеблется в пределах 15 — 25 мм/ч. Выращенные монокристаллы Ь1ЫЬОз не содержат развитых морфологических кристаллических элементов (плоскостей, граней, вершин). Вытягивание происходит в направлении оси с, и после кристаллизации монокристаллы имеют вид, подобный телу вращения, похожему иа грушу. На конусообразной части под затравкой обычно видны три выступа (шва), образующие углы 120° (рис. 10.10). Выращивание кристаллов из расплава представляет собой нестехиометрический процесс. Поэтому свойства кристалла, включая температуру Кюри, зависят от действительного соотношения и N5. [c.463]

При выращивании методом Чохральского некоторых кристаллов (например, боратов) из раствор-расплавов, обладающих высокими значениями динамической вязкости, конвективное течение расплава в тигле очень слабое. Вследствие недостаточного перемешивания может нарушиться однородность раствор-расплава, появиться термогравитационное и концентрационное расслоение расплава. Концентрационное переохлаждение и ячеистый рост очень часты для таких систем. Получение качественного кристалла становится проблематичным или даже невозможным. Необходимое в таких случаях принудительное перемешивание раствор-расплава может быть достигнуто при использовании формообразователя - мешалки, расположенной соосно с тиглем внутри него [1-3], вращением тигля [4], действием на расплав вращающихся перегородок, выступов, мешалок [5-6]. Этим контактным методам, как правило, сопутствуют вибрации вращательных механизмов, необходимость создания зазоров и/или уплотнений, усложняющих установки и, главное, вносящих случайные возмущения в процесс роста кристалла и являющихся источником загрязнения расплава. В работах [7-9] предложен новый подход, основанный на бесконтактном возбуждении азимутальных течений в расплаве путем вращения неоднородного теплового поля на стенке тигля. Тепловое поле формируется нагревательной печью, состоящей из равномерно расположенных по окружности вертикальных нагревательных элементов (фиг. 1, а). При поочередном подключении двух противоположных нагревателей 7-2, затем 1 -2 и т.д. (фиг. 1, б) на стенке тигля по ф создается распределение температуры, похожее на двухлопастной пропеллер. [c.36]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...