Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Различают четыре метода выращивания кристаллов из жидкой фазы получение твердой фазы из собственного расплава, из растворов в расплаве, из растворов в расплавленной соли или жидком растворителе. Хотя эти методы по существу одинаковы, они обсуждаются раздельно, поскольку имеются различия в способах их практического осуществления. Рассмотрим сначала выращивание кристаллов из расплава.

ПОИСК





Выращивание кристаллов из жидкой фазы

из "Химия несовершенных кристаллов"

Различают четыре метода выращивания кристаллов из жидкой фазы получение твердой фазы из собственного расплава, из растворов в расплаве, из растворов в расплавленной соли или жидком растворителе. Хотя эти методы по существу одинаковы, они обсуждаются раздельно, поскольку имеются различия в способах их практического осуществления. Рассмотрим сначала выращивание кристаллов из расплава. [c.33]
Для получения кристаллических веществ со строго определенной точкой плавления (например, очень чистых простых веществ или соединений с максимальной точкой плавления) поликристаллы изучаемого вещества расплавляют, а затем медленно понижают температуру расплава ниже точки плавления. [c.33]
Другой недостаток этого метода (особенно при вертикальном расположении контейнера) —это то, что в кристаллах, охлаждающихся в контейнере, возникают значительные напряжения, которые приводят к появлению дислокаций. [c.35]
Зародышеобразование, обусловленное контактом расплава со стенками, устраняется в одном из вариантов направленной кристаллизации, когда затвердевание начинается в центре шихты и распространяется радиально к внешним стенкам тигля (метод Киронулоса). Необходимый температурный градиент устанавливается с помощью холодного пальца , на котором и растут кристаллы. Однако недостаток метода — контакт расплава с тиглем — сохраняется и здесь он устраняется, если палец (или держатель кристалла) при выращивании медленно выдвигается вверх. Вместо того чтобы прорастать в расплав, кристаллы удаляются из него (методы Наккена, Чохральского). Таким способом получены наиболее совершенные кристаллы. [c.36]
Зонную плавку, о которой уже говорилось в связи с очисткой веществ, также можно использовать для выращивания монокристаллов. Впервые ее применили для приготовления монокристаллов висмута [126], а позднее с большим успехом для кристаллизации германия [127] и других полупроводниковых материалов. Недостаток горизонтальной зонной плавки — контакт с контейнером основное преимущество состоит в том, что выращивание кристалла сопровождается очисткой. Кроме того, это удобный метод выращивания легированных кристаллов. Контакт с контейнером устраняется в одном из вариантов с вертикальным расположением контейнера, а именно в методе плавающей зоны, в котором узкая расплавленная зона поддерживается силами поверхностного натяжения. Этот метод применялся для выращивания кристаллов металлов, а также полупроводников. Способы нагрева — индукционный нагрев, электронная бомбардировка [128], оптические методы, связанные с использованием инфракрасного излучения от угольной дуги [129], плазменного факела [130] или кинолампы. Однородность кристалла улучшается, если поддерживающие расплавленную зону стержни вращаются [131]. [c.36]
Хорн [132] предложил метод кристаллизации, в некотором роде промежуточный между методом вытягивания и зонной плавкой. Кристалл вытягивается из капли расплава на нерасплавленной твердой фазе (вытягивание на пьедестале). Первоначально метод использовали для получения однородных легированных кристаллов, а позднее для выращивания ферритов [133] и без-дислокационных кристаллов германия и кремния [134]. [c.36]
Разработан также метод получения кристаллов, основанный на предварительном плавлении исходного вещества в пламени (метод Вернейля). По этому методу небольшое количество материала расплавляют на вершине керамической подставки водородно-кислородным пламенем. Кристаллизация происходит при непрерывном опускании подставки из горячей зоны и добавлении в расплав через центральный конус горелки новых порций тонко измельченного порошка. Таким образом выращивают кристаллы огнеупоров, например окиси алюминия, а с применением вместо горелки индукционного нагрева — кристаллы кремния (Кек [134а]). В последнем случае составом среды удается управлять, что практически невозможно при использовании пламени. Это преимущество сохраняется и в том случае, когда для нагрева используется излучение от угольной дуги [135]. В такой форме метод применяли для выращивания кристаллов двуокиси титана. [c.36]
Вариант метода Вернейля, в котором горелка расположена снизу, а керамическая подставка сверху, использован Бушем и Фогтом для выращивания сплавов германия с кремнием [136]. В этом случае порошок подается снизу на висящую кристаллическую затравку, подплавленную снизу с помощью индукционного нагрева. [c.36]
Для образования монокристалла зародыш должен быть единственным. Обычно вначале образуется много зародышей, что приводит к росту поликристалла, если не принять специальных мер предосторожности. [c.37]
Существуют различные приемы, посредством которых обеспечивается рост монокристалла. Они перечислены в табл. 1.4. [c.37]
Наиболее простой способ —это введение затравочного кристалла, кото-рьп 1[ вырезают из предварительно полученного поликристаллического слитка. [c.37]
Из многочисленных образовави1ихся на начальной стадии зародышей для выращивания можно отобрать один, извлекая кристалл из расплава и повторно вводя его обратно таким образом, чтобы расплава касался только один из зародышей (метод Киропулоса). [c.37]
Третий метод основан на том, что крупные кристаллы оказываются устойчивее мелких благодаря тому, что удельная поверхностная энергия первых меньше. В процессе развития системы более крупные из большого числа кристалликов растут за счет мелких и в результате получается слиток, состоящий из нескольких крупных кристаллов. Монокристалл можно получить, если процесс укрупнения сочетать с уменьшением диаметра растущего кристалла (способ перетяжек). [c.37]
В методе Вернейля среда, в которой происходит кристаллизация, определяется свойством пламени и несколько изменяется от более окисляющей до более восстанавливающей в остальном условия кристаллизации достаточно хорошо фиксированы. Главная особенность метода Вернейля —кристалли-злдия расплава на вершине самого кристалла —сохраняется при любых способах нагрева. Однако при использовании индукционного нагрева или дуговой печи можно точно управлять составом кристаллизационной среды. Регулировать состав среды можно и при других методах кристаллизации. Если вещества устойчивы и характеризуются малым давлением пара, то процесс обычно ведут при атмосферном давлении инертного газа или в вакууме. Кристаллы веществ, склонных к испарению или разложению, выращивают в условиях, когда испарение (разложение) предотвращается или значительно замедляется. Так, например, испарение уменьшается при больших давлениях инертного газа. Этот прием был использован при выращивании монокристаллов селена по методу зонной плавки [137]. [c.37]
Предотвращение разложения соединений обсуждалось в разделе 1.1.2, посвященном зонной очистке. Наилучший способ состоит в том, что давление пара летучих компонентов поддерживают равным давлению диссоциации. Когда оно меньше 1 атм, то это легко осуществить в запаянных или проточных системах. Если же давление диссоциации выше I атм, то следует использовать закрытые сосуды. В любом случае процессы кристаллизации с использованием вытягивания и вращения связаны с необходимостью решения лшогочисленных технических проблем. На рис. 1.12 показаны три варианта конструкций. В отпаянных трубках вытягивание и вращение выполняют с псмощью специального внешнего магнита, который определяет положение к елезного сердечника внутри кристаллизационного сосуда. Сердечник жестко связан с держателем кристалла и для предупреждения коррозии запаян в кварцевую трубку [138]. [c.37]
Давление пара летучих компонентов поддерживается различными способами, описанными в разделе 1.1.2. [c.38]
В этих условиях также можно применить метод плавающей зоны, что впервые показано Уиланом и др. на примере арсенида галлия [141]. [c.38]


Вернуться к основной статье


© 2025 chem21.info Реклама на сайте