ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие представления о зарождениии и росте кристаллов из "Введение в технологию полупроводниковых материалов" Процессы кристаллизации представляют собой фазовые превращения, которые протекают спонтанно и соответствуют переходу атомов из вещества с полностью или частично неупорядоченной конфигурацией (пар, жидкость) в вещество с упорядоченной, периодической конфигурацией кристаллической рещетки. В основе этих процессов лежит стремление системы достичь минимума свободной энергии при данных условиях. Минимум свободной энергии структурно совершенного кристалла достигается тогда, когда его свободная поверхностная энергия имеет наименьшее значение, т. е. когда кристалл обладает равновесной формой. Равновесная внешняя форма кристаллов связана непосредственно с особенностями его внутренней структуры, которая в свою очередь определяется природой сил взаимодействия атомов, образующих кристалл. [c.242] Гранями кристалла равновесной формы являются зеркально гладкие грани с малыми индексами Миллера. Учитывая упорядоченное, периодическое строение кристалла необходимо предположить, что рост кристалла равновесной формы должен происходить путем перемещения грани параллельно самой себе, т. е. послойно. Если при этом грани остаются атомногладкими, то следует принять, что рост осуществляется путем последовательного образования атомных сеток на гранях кристалла. Разбор или образование атомной сетки соответствует разрыву или установлению химических связей между атомами образующегося слоя и атомами, находящимися под ним в объеме кристалла. Следовательно, при изучении механизмов роста необходимо учитывать распределение и число свободных связей, которые могут быть использованы для закрепления частиц, присоединяющихся к кристаллу. [c.242] Искусственное выращивание кристаллов осуществляют с целью изготовления материалов с однородными по объему контролируемыми свойствами. Поэтому необходимо знать, в какой степени соверщенство кристалла зависит от условий, в которых он растет. [c.243] Как уже отмечалось, условия роста, приводящие к образованию кристаллов, ограненных медленно растущими гранями, обеспечивают получение однородных кристаллов. Ограненные полиэдрические кристаллы можно получить только в условиях свободного роста, т. е. когда растущий кристалл со всех сторон равномерно питается атомами кристаллизующегося вещества при подобных условиях пересыщения возможно образование предельно простой формы. Однако во многих технологических процессах, как например, при направленной кристаллизации, форма кристаллов определяется условиями теплоотвода или искусственно создаваемым направленным потоком атомов кристаллизующегося вещества. В этих случаях получают монокристаллы, не обладающие характерной полиэдрической формой. Так, при кристаллизации методом бестигельной зонной плавки или при направленной кристаллизации в цилиндрическом тигле кристаллы могут иметь цилиндрическую форму. [c.243] Однородность кристалла зависит от условий взаимодействия кристалла с внешней средой в течение всего процесса роста кристалла и, следовательно, зависит от особенностей начального этапа роста, например от формы, состава и структуры зародыша или затравки, с которой начинается рост. Понятие взаимодействия растущего кристалла с внешней средой также включает в себя химический состав и агрегатное состояние исходной среды, форму и устойчивость во времени изотерм, характер распределения концентрационных потоков. [c.243] Зародышем называют минимальное количество новой фазы, способной к самостоятельному существованию и находящейся в равновесии с пересыщенной исходной фазой. [c.243] При кристаллизации фазы из раствора (твердого или жидкого) происходит изменение не только структуры, но и химического состава, в соответствии с диаграммой состояния системы. Большинство фазовых превращений сопровождается изменением объема, и если при этом система ограничена жестким каркасом, развивается энергия деформации. Например, при аллотропических превращениях чистых кристаллов изменения состава не происходит, но изменяется структура и в результате механического взаимодействия старой и новой фаз происходит деформация. Наиболее сложным превращением, с которым связаны изменения структуры, состава и возникновение деформации, является выделение фазы из твердого раствора. [c.244] Вернуться к основной статье