Выращивание кристаллов из газовой фазы методы

Выращивание кристаллов из газовой фазы (возгонка) осуществляется путем запаивания вещества в продолговатые стеклянные или кварцевые ампулы и поддержания в течение определенного времени по длине этих ампул некоторого градиента температуры. Осаждение кристаллов происходит за счет явления транспорта. Применение данного метода весьма многообразно, если сюда включить реакции обратимого разложения с участием газовой фазы, а также синтез из газообразных компонентов. Таким путем в основном в хорошо закристаллизованном виде получают различные металлы, гало-гениды и халькогениды металлов и др. Часто, однако, этот метод применим для получения лишь небольших количеств веществ (например, до 1 г). Подробности можно найти в цитируемых ниже монографиях. [c.133]

Дефекты кристаллической структуры. По мере совершенствования методов изучения кристаллов (прецизионные методы рентгеновского анализа, микроскопия и электроноскопия) оказалось, что кристаллические тела не являются идеальными, а обладают рядом дефектов кристаллической структуры. Грубые дефекты кристаллической структуры, образующиеся при получении кристаллов, — поры, трещины мы не рассматриваем, так как они обычно получаются при нарушении технологии отливки или сварки металлов или при выращивании кристаллов из расплавов, растворов или из газовой фазы. Нарушения микроструктуры кристаллов обнаруживаются с большим трудом, но так как они сильно влияют на физические свойства твердых тел, то их изучение в настоящее время ведется весьма интенсивно. [c.110]

Полупроводниковые НК- Разработана технология выращивания НК полупроводников при одновременном действии двух методов кристаллизации из газовой фазы с участием химических транспортных реакций. Вначале с большей скоростью выращивается лидер по методу пар—жидкость—кристалл, а затем на нем производится наращивание слоев в радиальном направлении по методу пар—кристалл. В результате НК имеет двухслойную структуру. Поскольку кристаллизация в радиальном направлении происходит со скоростью на два порядка меньше, чем в осевом направлении, а коэффициенты распределения примесей зависят от скорости роста, то при введении в кристаллизационную зону двух легирующих элементов донорного и акцепторного типов, с разными коэффициентами распределения удается получить в одном НК две области рии (или несколько р—п-переходов). Следует заметить, что качество получаемых электронных структур весьма высокое, так как периферийные слои наращиваются на совершенной боковой поверхности НК и дислокации несоответствия (обычно наблюдаемые при эпитаксиальном выращивании пленок) отсутствуют. Количество же выращенных НК может быть очень велико (до 10 см ). [c.504]

Изучено явление кристаллизации ВеО из газовой фазы (в среде аргона). При этом рост кристаллов обнаружен при температурах 1900, 1800 и даже 1600° С. В процессе роста кристаллов из газовой фазы идет образование дендритных ветвлений и нитевидных кристаллов, так называемых усов. Метод выращивания кристаллов из газовой фазы может стать весьма перспективным, если будут найдены пути повышения скорости и способа управления процессом конденсации. [c.5]

Процессы растворения, плавления и испарения всегда сопутствуют росту кристаллов из раствора, расплава или газовой фазы. В последующих разделах мы дадим краткое описание основных методов выращивания монокристаллов, введения в них примесей и контроля стехиометрии в процессе роста. В настоящее время известны два основных способа введения примесей в процессе выращивания и после выращивания в результате соприкосновения выращенного кристалла с внешней средой. Применимость последнего способа целиком зависит от того, достаточна ли скорость диффузии в твердой фазе для того, чтобы достигнуть желаемого результата за приемлемое время. [c.204]

Растворимость жидкости в газе при низких Д. уменьшается с Д., проходит через минимум, далее растет до максимума и вновь начинает уменьшаться (рисунок 6). Появление экстремумов также вызвано различным изменением с Д. мольного объема жидкости и парциального мольного объема ео паров в газовом р-ре (т. е. объема газовой фазы). Еще нет универсального уравнения, с помощью к-рого можно было бы передать слоя ную форму этой кривой. В сжатых газах могут растворяться значительные количества жидкостей и твердого в-ва. Так, при 2000 ат в 1 нм" этилена растворяется до 3 кг смазочного масла. Водяной пар высокого Д. растворяет значительные количества солей, что приводило к отло кению солей на лопатках паровых турбин. Растворимостью кварца в водяном паре, насыщенном нек-рыми солями, пользуются для выращивания больших кристаллов кварца, вес к-рых измеряется килограммами (гидротермальный синтез). Способность сжатых-газов избирательно растворять жидкости позволяет предложить новый метод разделения сложных жидких смесей изотермич. перегонкой в ся атом газе при сравнительно низких [c.344]

В работе [139, с. 122] для выращивания монокристаллов сульфида кадмия контролируемого состава из паровой фазы предложена специальная конструкция эвакуированной кварцевой ампулы, заполненной аргоном. Крупные монокристаллы dS получены методами сублимации в разных условиях в вакууме при температуре 1200° С и температурном перепаде АТ = 100°, среде аргона при температурах 1150—1775° С [162, с. 20, с. 1357 164]. В работах Б. М. Булаха изучены условия роста монокристаллов dS из паровой фазы при участии газа-транспортера. Выяснено, что главные факторы, определяющие возникновение различных форм роста кристаллов, — это соотношение исходных компонентов и температура в зоне роста предложена модель, объясняющая происхождение этих форм. На основании того, что рост происходит в условиях, когда имеется нестехиометрическое соотношение исходных компонентов, предполагается образование в паровой фазе различных по структуре комплексов атомов d и S в разных соотношениях, например ( d—S) , ( da—S) или ( dj—S) . Различная ориентация этих комплексов определяет те или иные формы роста, которые наблюдаются на практике (призмы, пирамиды, углы, пластинки, усы). Описан термодинамический метод определения условий синтеза монокристаллов dS из газовой фазы, получены зависимости температур испарения исходных элементов от температуры кристаллизации [162, с. 20]. [c.53]

При выращивании кристаллов из газовой фазы в однокомпонентных системах не возникает проблем, связанных с примесями и диффузией и обусловленных дополнительными компонентами, но обычно требуются более высокие температуры. В многокомпонентных же системах кристаллы обычно растут при более низких температурах, и поэтому такой метод пригоден для получения кристаллов низкотемпературных полиморфных модификаций и веществ, испаряющихся инконгруэнтно. Он применяется также там, где по условиям эксперимента невозможно создать температуры, необходимые для роста кристаллов в однокомпонентных системах. [c.241]

Любой из рассматриваемых в этой главе растворителей (или любой другой применяемый в тех же целях) можно использовать для выращивания кристаллов любым из перечисленных методов. В предыдущих главах мы отмечали, что различия между ростом в процессе реакции (разд. 2.11) и ростом йз раствора довольно условны и что, например, рост в процессе газовой реакции при АО О аналогичен росту из раствора в присутствии комплексообразователя (минерализатора) (разд. 7.3). Преимущество изотермических методов заключается, естественно, в лучшем контроле за любыми зависящими от температуры свойствами кристалла. Если нужная фаза устойчива в узкой температурной области, то ее получение в изотермическом процессе более вероятно. Если коэффициент распределения примесей, активаторов или компонентов зависит от температуры, то изотермический процесс будет давать более однородные кристаллы. Основное преимущество процессов медленного охлаждения связано с меньшей характерной длиной диффузионного переноса, позволяющей получать нужные скорости роста без сложных систем регулирования и без дорогостоящей аппаратуры. [c.272]

В последнее время находит все возрастающее применение для выращивания монокристаллов различных соединений метод газотранспортных реакций. Представляя собой одну из разновидностей методов выращивания кристаллов из газовой фазы, газотранспортные реакции обладают тем преимуществом, что могут протекать при сравнительно низких температурах. Это обстоятельство весьма ценно при получении монокристаллов тугоплавких полупроводников. Кроме того, газотранспортные реакции являются перспективными для выращивания кристаллов веществ, плавящихся инконгруэнтно, так как рост кристаллов может происходить в этом случае при температурах, значительно более низких, чем температура плавления соединения. [c.99]

Активация монокристаллов, полученных из газовой фазы, осуществляется либо в процессе роста, либо после его окончания — диффузией с поверхности. В первом случае может применяться, например, совместная возгонка или добавление к газу-носителю газообразных активирующих агентов. Естественно, что при выращивании кристаллов халькогенидов цинка и кадмия методом транспорт- [c.259]

Для получения монокристаллов ряда тугоплавких разлагающихся полупроводниковьгх соед. (напр., dS, ZnS, Si , AIN и др.) используют кристаллизацию из газовой фазы (методы сублимации и хим. траиспортньк р-ций). В случае если при выращивании монокристаллов не удается получить соед. требуемого стехиометрич. состава, кристаллы разрезают на пластины, к-рые подвергают дополнит, отжигу в парах недостающего компонента. Наиб, часто этот прием используют в технологии получения монокристаллов узкозонных соед. типа А В и А" В , где собств. точечные дефекты сильно влияют на концентрацию и подвижность носителей тока, т.е. проявляют высокую электрич. активность (РЬТе, PbjSnj e, d gj e и др.). При этом удается снизить концентрацию носителей заряда в кристаллах на иеск. порядков. Для вьфащивания профилированных монокристалов П.м. (ленты, прутки, трубы,и т.д.) используют метод Степанова. [c.60]

Мн, методы синтеза специфичны. При получении тугоплавких соед. и материалов применяют методы порошковой технологии (см, Порошкова.ч металлургия), реакц, спекания и химического осаждения из газовой фазы. Сферич, однородные частицы порошков получают плазменной обработкой или с помощью золь-гель процессов. Разработаны спец. методы выделения в-в в виде монокристаллов (см. Монокристаллов выращивание), монокристаллич, пленок, в т, ч, эпитаксиальных (см. Эпитаксия), и нитевидных кристаллов, волокон, а также в аморфном состоянии, Нек-рые р-ции проводят в условиях горения, напр, синтез тугоплавких соед. из смеси порошков простых в-в (см. Горение, Самораспространяющийся высокотемпературный синтез). Все более [c.212]

Складывается впечатление, что многие дефекты в кристаллах, выращенных методом вытягивания, возникают из-за кратковременных флуктуаций температуры, почти всегда существующих в таких системах. Эта проблема заслуживает дальнейшего изучения, и как минимум во всех статьях, касающихся метода вытягивания из расплава, должна содержаться информация относительно постоянства температуры вблизи границы кристалл — расплав. Мюллер и Вильгельм [51] наблюдали аналогичные флуктуации при выращивании кристаллов 1п5Ь зонной плавкой, и это позволяет предполагать существование подобных температурных флуктуаций, обусловленных нерегулярной конвекцией, в большинстве методов выращивания кристаллов из жидкой фазы в одно- и многокомпонентных системах и даже при выращивании кристаллов из газовой фазы. [c.206]

Из известных способов выращивания нитевидных кристаллов [2, с. 250], пожалуй, наиболее перспективным является метод, предусматривающий проведение реакции в газовой фазе с последующим осаждением продуктов в виде нитевидных кристаллов. Этот длительный и сложный процесс должен проводиться при строгом соблюдении таких параметров, как температура, парциальное давление реагентов, скорость подачи газа и др. На процесс выращивания усов сильно влияют примеси, поэтому необходима тщательная очистка реагентов. Малейшее нарушение условий проведе- [c.319]

Получение монокристаллов ферритов может осуществляться всеми известными методами, которые, как обычно, подразделяются в соответствии с тем, какая среда является материнской для растущего кристалла выращивание из газовой (паровой) фазы, выращивание из растворов, выращивание из расплавов, выращивание в твердой фазе. [c.126]

Если в закрытую систему добавляют такое количество основного компонента, что при температуре эксперимента он весь будет находиться в газовой фазе, то давление его оказывается прямо пропорциональным температуре (закон Гей-Люссака). Этот метод использован для предотвращения сублимации и разложения при выращивании кристаллов арсенида галлия. [c.77]

Будников и Шишков доказывают, что образование кристаллов из газовой фазы происходит путем конденсации вещества на вершине растущего кристалла. Монокристаллы окиси бериллия в виде усов очень прочны и могут испытывать большие упругие деформации (папример, согнуты под углом 180°) без разрушения. Будников и Шишков подчеркивают перспективность метода выращивания окисных кристаллов из газовой фазы, но считают, что еще требуется изыскивать пути повышения скорости роста кристаллов и выработать способы управления процессом конденсации нри высоких температурах. [c.250]

Выращивание кристаллов из паров, или, как говорят иначе, из газовой фазы, в однокомпонентной системе имеет довольно ограниченное применение и в целом ряде способов настолько аналогично выращиванию в моногокомпонентной системе, что мы в этой главе будем рассматривать сразу и то и другое. К выращиванию из газовой фазы прибегают и для получения больших кристаллов, и для получения тонких пленок на кристаллах, выращенных другими методами. Последний метод обычно называют эпитаксиальным выращиванием из газовой фазы (разд. 6.5). Одно из преимуществ методов выращивания из газовой фазы заключается в том, что при таких методах очень часто оказывается возможным заранее рассчитать константы равновесия предполагаемых реакций и их температурную зависимость (разд. 2.11). Методы выращивания по механизму пар —кристалл можно систематизировать следующим образом [c.240]

Дисилицид хрома Сг312 получен сплавлением компонентов в индукционной печи в тиглях из окиси магния. Его можно также получить методом горячего прессования смеси компонентов в графитовых пресс-формах при ИОО—1300°С. Кристаллы Сг31г получаются при выращивании из газовой фазы восстановлением 31С14 водородом над порошкообразным хромом или нагретой хромовой проволокой. [c.225]

Полупроводниковые кристаллы-активные среды полупроводниковых лазеров. Излучение в них генерируется в результате переходов между энергетич. уровнями зоны проводимости и валентной зоны. Иссюльзуют [юлу-проводники типа А В , А "В , А В . Активные элементы изготовляют из монокристаллов (напр., dS, GaAs, InAs, PbS), содержащих в своем объеме области, для к-рых характерен электронно-дырочный переход (р - и-переход), и из кристаллич. гетероструктур, образованных чередованием кристаллич. слоев, различающихся по хим. составу, но имеющих одинаковый период кристаллич. решетки. Наиб, распространены гетероструктуры, образованные слоями полупроводников типа А "В на основе арсенидов, фосфидов, антимонидов Ga и А1 и их твердых р-ров. Гетероструктуры получают также на основе многокомпонентных (тройных и более) твердых р-ров замещения (напр., Al,Ga, As), в к-рых при изменении состава в широких пределах период решетки не меняется. Полупроводниковые монокристаллы [юлучают из особо чистых исходных в-в кристаллизацией из расплавов (метод Чохральского, горизонтально направленная или зонная кристаллизация в контейнере, бестигельная зонная плавка) и эпитаксиальным выращиванием тонких кристаллич. слоев при кристаллизации из газовой фазы или расплавов твердых р-ров. Необходимые характеристики достигаются введением примесей в расплав или методом ионного внедрения примесных атомов. В качестве легирующих примесей используют, напр., элементы П (Zn, d, Mg акцепторы электронов), IV, VI (Sn, Те, Se, S доноры) групп. Благодаря разнообразию полупроводниковых кристаллов созданы лазеры, излучающие в диапазоне длин волн 0,3-30 мкм, обладающие малой инерционностью ( 10 с) и высоким кпд (до 50%), работающие как в импульсном, так и в непрерывном режиме (мощности 10 Вт при длительности импульса 3 НС и 10 Вт соответственно). Лучевая прочность полупроводниковых Л. м. ограничивает выходную мощность лазеров. [c.566]

Осн. способы вырапфшания Н.к,-осаждение из газовой фазы и кристаллизация из р-ров и расплавов по методам монокристаллов выращивания. Н.к. образуются вследствие высокой скорости роста в определенном кристаллографич. направлении, напр, по нормали к плотноупакованной грани. Скорость удлинения во много раз больше. Чем скорость роста обычных кристаллов (в газовой фазе обычно ок. 0,01 мм/с, иногда 1-2 см/с). [c.254]

Дисперсионный способ может быть применен также для рекри-сталлизациопного отжига пленок различных полупроводниковых соединений [414], если их подвергнуть периодическим колебаниям температуры. В принципе его можно использовать для выращивания крупных кристаллов алмаза из высокодисперсных, полученных из газовой фазы или другим методом, если использовать в качестве растворителя некоторые металлы (железо, никель и др.). [c.189]

Существует ряд теорий роста кристаллов (И. В. Гиббс, Ю. В. Вульф, X. Брандес, В. Коссель и И. Н. Странский) и многочисленные методы выращивания кристаллов из растворов, расплавов, газовой фазы с помощью перекристаллизации твердой фазы, а также методом электролитического осаждения металлов. [c.12]

Другой стороне проблемы роста кристаллов — практической, посвящены 4—7 главы монографии Р. А. Лодиза. Автор излагает здесь материал таким образом, чтобы вооружить читателя логикой выбора наиболее подходящего метода для выращивания нужного кристалла. В основе такой логики лежит физикохимическая сущность явлений роста, которая и сделана стержнем изложения. Р. А. Лодиз обсуждает все основные методы и методики выращивания — из расплавов, растворов и газовой фазы (в том числе с участием химических реакций), а также путем рекристаллизации в твердой фазе и полиморфных превращений. Изложение основных методов выращивания следует единой для всей книги схеме 1) физико-химические основы и общая характеристика метода, показания и противопоказания для его использования, 2) аппаратура, обычно в виде принципиальных схем и 3) способы получения конкретных кристаллов и их характеристики. Осуществляя эту схему, автор концентрирует внимание прежде всего на качественном описании явлений ростг кристалла и дает ориентировочные численные параметры процесса. Технологические приемы также увязываются с процессами роста и образования дефектов. Весь этот обширный, в известной степени энциклопедический материал изложен интересно, ясно, очень по-деловому и с большим педагогическим мастерством. Автор не стремится к скрупулезному описанию [c.6]

Пайпер и Полик [18] получили хорошие результаты по выращиванию больших кристаллов dS из газовой фазы с использованием некоторых элементов геометрии, применяемой при выращивании из расплава по Бриджмену — Стокбаргеру. Этот метод иллюстрируется схемой фиг. 6.8. Здесь указаны условия, использованные Калдисом и Видмером [46], которые применили перенос в парах иода для выращивания кристаллов d4GeSe путем реакции [c.257]

Совершенство кристаллов, выращенных в гидротермальных условиях, подробно не изучалось, но можно привести некоторые имеющие общее значение результаты, полученные при выращивании кварца. Во-первых, гидротермальное выращивание — идеальный метод получения низкотемпературных полиморфных модификаций. Если при высокой температуре устойчива нежелательная полиморфная модификация, то иногда можно, получив ее одной из общепринятых методик выращивания (из расплава, из газовой фазы, из раствора в расплаве и т. д.), прийти затем к нужной фазе путем рекристаллизации в твердом состоянии. Но, как мы видели в гл. 4, превращение в твердом состоянии часто приводит к образованию политипных модификаций, дефектов упаковки, малоугловых границ зерен и к росту поликристаллов. При гидротермальном методе эти проблемы отпадают, поскольку непосредственно кристаллизуется нужная фаза. Так, для а-кварца это наиболее совершенный метод получения. Однако рост должен происходить при температуре ниже 573 °С, температуры перехода а-кварца в р-кварц. При выращивании в области более высоких температур получают другие модификации, такие, как крнстобалит и тридимит. [c.304]

Окись цинка. Простой метод выращивания кристаллов ZnO — кристаллизация из газовой фазы, но таким методом обычно получают лишь небольшие вытянутые по оси с иголки или ориентированные по оси а пластинки. Контролируемый же рост больших кристаллов осуществить трудно. При выращивании из раствора в расплаве получают тонкие пластинки, ограненные плоскостями (0001) — (0001). Самые большие кристаллы ZnO были получены гидротермальным методом [50, 60]. Была определена диаграмма состояния ZnO — Н2О и показано, что она не меняется в присутствии ионов (0Н) [51]. Исследована растворимость ZnO в растворах с различными минерализаторами [61] и из растворов NaOH, КОН и NH4 I выращены кристаллы ZnO. Наиболее совершенные кристаллы получены в растворах КОН [62]. Присутствие ионов Li+ подавляет дендритный рост на гранях (0001)—(0001). Очевидно, катион адсорбируется на гранях (0001) и (ОООГ), уменьшая их удельную свободную поверхностную энергию таким образом, что на диаграмме Вульфа в направлениях (0001) и (0001) появляются выступы, а не впадины, присутствующие, когда нет ионов Li+ [63]. Кристаллы ZnO обычно растут с избытком Zn в междоузлиях и [c.310]

Широкое использование газотралспортных систем ддр выращивания полупроводниковых структур настоятельно требует знания процессов, происходящих в этих системах. Одним из существенно важных процессов, характерных для газотранспортных систем, является адсорбция газовых молекул на растущую поверхность кристалла. Многокомпонентная и химически активная газовая фаза создает трудности в экспериментальном изучении адсорбции. Выход из данной ситуации можно видеть в теоретических оценках равновесного состава адсорбционных слоев методами статистической физики. Полученные оценки могут быть использованы для прогнозирования физико-химических процессов роста кристаллов и эпитаксиальных пленок в газотранспортных системах. [c.63]

Методом транспортных реакций (рис. 4.1.) выращены фер-риты-щпинели марганца, кобальта, никеля, магния и цинка. В этом методе состав кристаллизуемой фазы зависит от состава газовой фазы и температуры, при которой происходит рост кристаллов. Состав же газовой фазы, в свою очередь, определяется парциальными давлениями паров соединений компонентов, зависящими от температуры испарения, поверхности испарения и равномерности потока газоносителя. Важной проблемой оказывается и контроль за образованием зародыщей, особенно когда требуется получить кристаллы больших размеров. В основном из-за малых скоростей роста кристаллов и трудностей контроля многих технологических параметров процесса их получения метод выращивания монокристаллов ферритов из газовой фазы не нашел практического применения. [c.127]

При использовании другого метода выращивания кристаллов из газовой фазы, так называемого Г5КТ (газ — жидкость — твердое тело) метода, на поверхности твердого тела под влиянием нримесей вырастают усы [34[. [c.45]

Одной из разновидностей наноюлокон являются нитевидные кристаллы или монокристаллические волокна, называемые усами. Диаметр волокон составляет от единиц до нескольких десятков нанометров, а их длина может достигать нескольких миллиметров. Нитевидные металлические кристаллы чаще всего выращивают методом конденсации паров из газовой фазы в атмосфере разряженного инертного газа. Существуют и другие методы выращивания нитевидных кристаллов из газовой фазы, растворов, твердой фазы и др. [c.19]

Методы выращивания крупных кристаллов для веществ с узкой областью температур, в которой кристаллы могут расти без спонтанного образования зародышей, должны быть еще разработаны. Перспективным является метод периодических колебаний температуры, при котором больщее пересыщение заменяется многократно повторяемым меньщим пересыщением при коротком пути транспорта (см. раздел 2.1.4). Значительных успехов следует ожидать и от исследований влияния состава газовой питающей фазы (ее сложности [204]) на скорость образования зародыщей и на внешний вид кристаллов. [c.116]

Процесс выращивания методом испарения и конденсации простого однокомпонентного вещества в глубоком вакууме считается самым простым и управляемым. Однако практика последних лет показывает, что наиболее совершенные эпитаксиальные пленки с контролируемыми и воспроизводимыми электрофизическими параметрами получаются в процессах роста, когда кристаллизующееся вещество выделяется на подложке в результате гетерогенной химическоД реакции. Равновесие между поверхностью кристалла и внешней фазой определяется в случае вакуумного напыления величиной давления насыщенных паров, а в случае химических процессов — величиной константы равновесия химической реакции между веществом образующегося кристалла и всеми газообразными компонентами реакции. Исследование равновесия между вы 1еляющейся твердой фазой и газообразными компонентами гетерогенной химической реакции требует детального изучения всех возможных параллельных и последовательных реакций и температурных зависимостей их констант равновесия. При этом надо учитывать и то, что на начальных стадиях роста возможны реакции между материалом подложки и компонентами реагирующей газовой смеси. Из этого следует, что процессы вакуумного напыления значительно проще для исследования. [c.276]