Зонная для выращивания кристаллов

Мы кратко рассмотрели принцип действия р—п-перехода в гомогенном по составу полупроводнике. Дальнейшие исследования [20, с. 61 ] показали, что многие свойства полупроводниковых приборов можно улучшить, используя так называемые гетеропереходы — контакты двух различных по химическому составу полупроводников. Энергетическая зонная модель и инжекционные свойства гетероперехода, а также область применения его определяются опять же условиями изготовления. Успехи в этой области связаны прежде всего с успехами физико-химии и технологии эпитаксиального выращивания кристаллов. Среди большого числа различных методов эпитаксиального роста полупроводниковых кристаллов широкое распространение получил метод жидкостной эпитаксии [21 ]. Он стал основным при изготовлении многих важных полупроводниковых приборов [20, с. 61 и 92]. [c.464]

Схема установки, применяемой при гидротермальном методе выращивания кристаллов, основанном на разности температур /—автоклав 2 — затравочные или растущие кристаллы 3 — зона роста (Г[) —экран 5 — зона растворения (Га) б —питатель. [c.125]

Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал показывает, что процесс выращивания кристаллов кварца принципиально может быть организован в широком диапазоне давлений, начиная приблизительно от 15 МПа. При этом чем выше давление, тем шире благоприятная для осуществления процесса температурная зона растворимости. [c.39]

Следует иметь в виду, что использование любых типов футерованных аппаратов гидротермального выращивания кристаллов связано с определенными трудностями по созданию и поддержанию технологического температурного перепада между зонами растворения и кристаллизации. Особенно это обстоятельство существенно для плавающих футеровок, вокруг которых устанавливается сложный и не всегда стационарный конвективный тепломассообмен внещней поддерживающей среды. Поэтому иногда бывает необходимо устанавливать дополнительные перегородки и диафрагмы в полости между плавающей футеровкой и несущим сосудом для обеспечения требуемого термоградиента. [c.272]

Опыт эксплуатации аппаратов гидротермального выращивания кристаллов указывает на необходимость тщательного изучения различных вариантов теплоизоляции несущего сосуда и выбор оптимального на стадии проектирования, а также ее модернизации и совершенствования при внедрении и эксплуатации. Осуществить это на практике с помощью натурного экспериментирования, особенно для крупногабаритных промышленных установок, чрезвычайно сложно и связано со значительными трудовыми и финансовыми затратами. Например, чтобы получить экспериментальные данные (в объеме, достаточном для последующих численных расчетов) о распределении температур по поверхностям корпуса и затворных деталей на опытном сосуде емкостью 1,5 м , потребовалось установить около 150 термодатчиков (с общей длиной коммуникационных линий 2000 м) и провести около 10 экспериментальных циклов. Естественно, что такой подход неприемлем, когда требуется получить оперативные данные о возможности влияния предполагаемой реконструкции теплотехнической оснастки сосуда на температурный режим в реакционной камере и энергопотребление аппарата. В этом случае наиболее целесообразным является создание для каждого типа промышленных аппаратов математической модели теплового баланса установки на основе использования современной вычислительной техники. Конечно, для указанных целей нет необходимости в разработке громоздких вычислительных схем, основанных на моделировании всего комплекса теплофизических процессов, происходящих в аппарате. Достаточно иметь сравнительно простую модель теплообмена с окружающей средой установки, схематично разбитой на основные теплотехнические зоны. Как правило, целесообразно разбить моделируемую установку на следующие зоны нижний и верхний затворные узлы, нижняя, верхняя и средняя части корпуса, зоны крепления сосуда. Можно использовать и более детализированные модели, однако увеличение числа зон свыше 20—25 нецелесообразно. Математической основой таких моделей является простое соотношение теплового баланса для каждой зоны при условии ее изотермичности [c.276]

Известно, что при постановке опытов по выращиванию кристаллов из раствора особое внимание обращается на характер температурной зависимости растворимости кристаллизуемого вещества. Знание указанной зависимости способствует выбору условий кристаллизации. В данном случае не является исключением и алмаз. Это связано с тем, что при наличии в реакционном объеме камер высокого давления значительных температурных градиентов и использовании в качестве источника углерода графита вероятность образования перекристаллизованного графита возрастает с увеличением наклона кривой растворимости углерода при повышении температуры. Установлено, что при градиентах температуры в реакционном объеме (8—10) Ю градус/м с использованием растворителей (например, N1 — Мп (1 1)), в которых возможно значительное увеличение растворимости углерода с возрастанием температуры, допустимый перегрев расплава составляет 50—70 К. Выполнение данного условия заметно снижает вероятность появления в зоне роста алмаза перекристаллизованного графита. [c.360]

Методом Чохральского выращивают достаточно крупные монокристаллы граната высокой оптической однородности, прежде всего для лазерной техники. К достоинствам этого метода следует отнести возможность визуального наблюдения за процессом выращивания кристалла, извлечения кристалла из расплава на любом этапе выращивания, изменения геометрической формы кристалла в процессе выращивания, автоматизации процесса выращивания кристалла. Недостатком метода Чохральского можно считать необходимость использования тиглей из дефицитного иридия. Кроме того, выращивание высококачественных кристаллов методом вытягивания из расплава требует прецизионного технического исполнения систем вытягивания и вращения кристалла, вращения тигля, стабилизации температурного режима, создания заданных градиентов температуры в зоне кристаллизации, особенно радиальных. [c.203]

Образование блоков в кристалле предотвращается выращиванием его на монокристаллическую затравку со стадией перетяжки , т. е. сужением диаметра кристалла в начале выращивания до 2—3 мм. Во всех кристаллах наблюдаются дислокации. В большинстве случаев эти дислокации направлены нормально к поверхности фронта кристаллизации. Это устанавливается наблюдением за расположением дислокационных ямок, выявленных травлением на серии поперечных срезов кристаллов. Дислокации, зарожденные в зоне резкой смены выпуклой формы фронта кристаллизации на плоскую, ориентируются чаще всего параллельно оси роста, проходя через весь кристалл. При выращивании кристаллов с коническим фронтом кристаллизации дислокации, ориентированные также перпендикулярно фронту кристаллизации, постепенно выводятся на поверхность кристалла. [c.207]

Заметим, что к описанному методу относятся также широко распространенные способы выращивания кристаллов в газовой среде с использованием так называемых транспортных реакций. Эти способы заключаются в реакции шихты с газом — переносчиком, образовании легколетучего соединения и переносе этого соединения в зону с иной температурой, где указанное соединение разлагается, а перенесенное вещество осаждается на кристалле. [c.110]

Почти все органические твердые вещества имеют положительный коэффициент растворимости. Это значит, что растворимость вещества растет с увеличением температуры. Для таких растворов существует три главных метода выращивания кристаллов (рис. 15) 1) упариванием растворителя, 2) медленным охлаждением насыщенного раствора и 3) выращивание при разности температур между зоной роста и зоной растворения. [c.206]

Третий метод выращивания кристаллов из растворов осуществляется путем поддержания разности температур между зоной роста и зоной растворения при непрерывном обмене раствора между этими зонами. Этот случай проиллюстрирован на рис. 15, б. Раствор, насыщенный в контакте с избытком твердого вещества (так называемое питающее вещество) при температуре переходя в зону роста, охлаждается до температуры 2-Здесь раствор, который теперь пересыщен на величину, пропорциональную разности 1— 2. вступает в контакт с зародышем, и происходит рост последнего. Концентрация раствора при его контакте с зародышем падает вдоль линии ВС. Этот раствор затем снова поступает в зону питающего вещества, где он нагревается до температуры и насыщается перед новым циклом. В этом случае количество растворенного вещества, которое может быть осаждено на зародыше, не зависит от степени охлаждения или количества используемого раствора. [c.207]

Хотя в этой ячейке выращивались пока только кристаллы неорганических солей из водных растворов, имеются все основания считать, что она пригодна и для выращивания органических кристаллов из неводных растворителей. При выращивании кристаллов неорганических солей к ячейке были подсоединены платиновые электроды для определения ионной проводимости, которая могла служить мерой концентрации растворенного вещества в зоне роста. Так как при варьировании скорости размешивания изменяется пересыщение в зоне роста, то такая возможность непрерывного измерения пересыщения весьма удобна. При выращивании кристаллов неионных органических соединений для определения пересыщения в зоне роста используют другие физические свойства, например показатель преломления. Следует отметить, что эта методика страдает одним недостатком как и в методе Крюгера — Финке, здесь допускается возможность попадания тонких кристаллитов из питающей зоны в зону роста, где они могут вызывать образование побочных кристаллов. [c.216]

Выращивание кристаллов из пара обычно включает в себя транспортировку пара из зоны, содержащей твердое питающее вещество при температуре 1, ко второй зоне — зоне роста кристалла, имеющей температуру 2, причем последняя несколько ниже, чем tl, разность температур создает такое пересыщение, которое при соответствующем контроле может привести к образованию хороших зародышей кристаллов и обеспечить их дальнейший рост. Выращивание из паровой фазы для приготовления больших монокристаллов применяется гораздо реже, чем выращивание из расплавов и растворов. Поэтому экспериментальная методика выращивания кристаллов из пара не так хорошо разработана и, пожалуй, не так хорошо изучена, как методика выращивания из расплава или из раствора. Однако это не должно обескураживать экспериментатора, особенно потому, что именно из паровой фазы были получены почти совершенные органические кристаллы, практически свободные от дефектов [78]. Более того, благодаря возможности выращивания в вакууме или в атмосфере инертного газа при отсутствии жидких растворителей можно приготовить кристаллы, свободные от нелетучих примесей. [c.218]

Хотя первоначально метод зонной плавки был предложен для неорганических веществ и металлов, показано, что он является ценным также для очистки и выращивания кристаллов тех органических соединений, которые при температуре плавления химически не разлагаются и не имеют слишком высокой упругости пара. К органическим соединениям, которые очищались зонной плавкой, относятся бензойная кислота, пирен, антрацен и хризен [28], жирные спирты [32], бензол [75], /г-бромтолуол и п-ксилол [86] и свыше пятидесяти других соединений [7]. [c.236]

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

При выращивании кристаллов окислов расплавленная зона имеет диаметр меньше, чем диаметры исходных стержней, так как плотность расплава выше, чем у пористого материала. Если диаметр расплавленной зоны превышает диаметр исходного стержня, то такая зона обычно склонна к потере устойчивости. [c.221]

При выращивании кристаллов по методу Бриджмена—Стокбаргера в печи создают температурные градиенты двух видов. Если изотерму перемещают по тиглю посредством снижения общей температуры печи, температурный градиент должен иметь форму, изображенную на фиг. 5.1, . В печи с проволочным электронагревателем самая горячая зона при равномерном расположении обмотки приходится на середину печи с температурным профилем, как на фиг. 5.1,/с. Участок аЬ в такой печи имеет почти линейный градиент температуры и может использоваться во всех случаях, где требуется такой градиент. При выращивании кристаллов посредством опускания тигля (или подъема печи относительно тигля) обычно лучше иметь две изотермические [c.180]

Важными этапами в развитии X. т. т. явилось создание совр. методов выращивания монокристаллов больших размеров (см. Монокристаллов выращивание) из расплава, из перегретых водных р-ров (см. Гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму пар - жидкость -кристалл, методов зонной плавки кристаллов, методов управления св-вами кристалла путем наложения при его выращивании магнитных и электрич. полей. Значительное месго в Х.т.т. занимает получение и исследование св-в пленок и покрьттий. [c.262]

О способе плавления с электродуговым или электронно-лучевым подводом энергии см. ниже. При получении монокристаллов интерметаллическнх соеди- ений, плавящихся конгруэнтно, в принципе применимы такие же методы, которые используются при выращивании кристаллов чистых металлов, включая метод зонной плавки (т. 1, ч. I). В связи с возрастающим значением фнзиче- ских измерений, проводимых на монокристаллах интерметаллических соеди-яений, в виду их широкого технического использования имеется довольно обширная литература как по общим вопросам, так и для отдельных групп соединений. [c.2155]

Для выращивания кристаллов кварца можно применять затравочные пластины самых различных ориентаций, в том числе и иррациональных. Применение заготовок указанных ориентаций в первую очередь определялось требованиями к качеству выращиваемых кристаллов. Проведенными исследованиями было пока-зано, что на различно ориентированных затравках образуются кристаллы с различной однородностью и различной степенью дефектности. Наиболее однородные и в значительной степени мо-нопирамидные кристаллы удается получить именно на затравках указанных выше ориентаций. На рис. 1 приведены фотографии кристаллов, получаемых на затравках различных ориентаций. Следствием гранного механизма роста кристаллов синтетического кварца является их ярко выраженное секториальное строение. На рис. 2 представлено идеализированное секториальиое строение для различных типов кристаллов кварца. Захват структурных и не-структурных примесей существенно зависит от кристаллографической ориентации поверхности затравки скорости и других условий роста. Поэтому возникающие неоднородности распределения примесей по пирамидам и зонам роста (в пределах каждой пирамиды) образуют секториальное и зонарное строение (рис. 3). [c.21]

В целом все известные в настоящее время конструкции диафрагм с дистанционно изменяемой пропускной способностью довольно громоздки, сложны и не получили достаточно широкого распространения. Хотя вполне вероятно, что со временем будут разработаны простые и надежные конструкции таких диафрагм. Тогда пропускная способность диафрагмы станет вторым основным (после подаваемых на нагреватели сосуда мощностей) управляемым регулятором тепломассообмена при гидротермальном выращивании кристаллов. В принципе это позволит значительно приблизиться к практически недостижимой в настоящее время схеме управления, при которой будет возможно независимо (в определенных пределах) регулировать в процессе цикла температурный режим в зонах и термоперепад между ними. Это, конечно же, расширит технологические возможности оборудования, повысит его производительность и качество получаемой продукции. [c.287]

Диссоциация и испарение А12О3 при выращивании кристаллов ИАГ способствуют обогащению расплава оксидом иттрия, упругость паров которого значительно ниже, чем паров оксида алюминия. Если исходный состав шихты соответствует ИАГ, то в результате нарушения стехиометрии образуется сверхстехиометри-ческий избыток оксида иттрия. В. условиях слабой диссоциации АЬОз этот избыток оттесняется фронтом кристаллизации к хвостовой части лодочки. Отклонение от стехиометрии имеет предел, за которым избыточный компонент не оттесняется, а образуется обогащенная этим компонентом новая фаза. В результате прогрессивного обогащения расплава оксидом иттрия по мере продвижения фронта кристаллизации в хвостовой части кристаллизуется зона, сложенная монокристаллическим гранатом с большим количеством включений перовскитовой фазы — алюмината иттрия, имеющего состав А10з( 20з АЬОз). [c.172]

В начале процесса выращивания кристалла на поверхности расплава наблюдаются конвекционные потоки, направленные от стенок тигля к центральной части, где образуется круглая зона диаметром около 1,0 см с нисходящим потоком расплава (см. рис. 81). Такой тип движения расплава соответствует свободной, т. е. тепловой конвекции. На данной стадии выращивания кристаллов устойчивой формой фронта кристаллизации является выпуклая (коническая). При достижении некоторого критического уровня расплава в тигле характер конвекции резко изменяется. В подкристальной части возникает восходящее движение расплава, характерное для вынужденной конвекции. Свободная конвекция сохраняется по периферии тигля. По мере дальнейшего выращивания кристалла вынужденная конвекция постепенно вытесняет свободную конвекцию до полного исчезновения следов последней. При появлении вынужденной конвекции происходит резкое изменение фронта кристаллизации с выпуклой на менее выпуклую (рис. 82,а) или плоскую (см. рис. 81). При этом про-212 [c.212]

На затравочной плоскопараллельной пластине, вырезанной примерно параллельно грани 2243 , вырастали уродливые кристаллы сапфира, ограненные комбинацией граней сложных символов. Все опыты по выращиванию кристаллов сапфира проводились на шахтных печах, позволяющих устойчиво получать температуру в камере 1200—1400 °С. Печь разогревалась в течение 10—15 ч, затем в течение 8—12 ч в печи поддерживалась максимальная температура, после чего в расплав опускались затравки. При проведении ростовых экспериментов выявлены оптимальные температурные условия, при которых получались почти бездефектные кристаллы, образовался изометрический кристалл сапфира размером 2,7Х X 2,1 X 1,5 см , а на пластинчатой затравке размером 1,7Х1,7Х Х0,27 см вырос кристалл размером 3,6X2,4X0,9 см. Интересно отметить, что суммарная масса выращенных в этом опыте кристаллов составила 78,0 г при использовании 133 г лейкосапфира в виде кусочков шихты, помещенных под Р1-сетку на дно тигля (в самую горячую зону). Опыт показал, что достаточно крупные кристаллы сапфира можно выращивать и без вращения затравок. В этом случае, кроме участков прозрачного синего, а в отдельных срезах и зеленовато-сннего сапфира, получен кристалл с твердыми включениями серебристого чешуйчатого минерала, которые в кабошонах дают эффект кошачьего глаза . [c.234]

Когда на дне вертикального кристаллизатора находйтся растворяющееся вещество, конвекционная картина усложняется. Теперь на плотность жидкости помимо температуры влияет и концентрация растворяющегося вещества. Если прогревать раствор только через шихту (границу между термостатами нагрева и охлаждения расположить на уровне шихты) и если при этом темп увеличения плотности за счет растворения окажется больше темпа уменьшения плотности за счет нагрева, раствор у поверхности шихты окажется тяжелее, чем вышележащая жидкость. В этом случае конвекции не происходит и выращивание кристаллов делается практически невозможным. Вообще, чем больше растворимость вещества, его температурный коэффициент растворимости, его плотность, тем больше вероятность расслоения раствора. Это расслоение проявляется иногда очень резко — вплоть до образования видимых горизонтальных границ, различимых из-за существенной разницы в показателях преломления контактирующих растворов (пример — квасцы). Благодаря расслоению образуются малые контуры конвекции, каждый из которых замкнут в пределах зон растворения и роста. Обмен веществом между ними невелик. [c.103]

Очевидно, что независимо от формы кончика тигля образование в нем центров кристаллизации должно происходить раньше, чем температура самого тигля достигнет температуры затвердевания вещества. С другой стороны, одновременное затвердевание вещества во всем капилляре ведет к образованию поликристаллического вещества во всем объеме расплава. Автор настоящей статьи встретил затруднения при выращивании кристаллов органических соединений из расплава по схеме с двойной печью Стокбарджера, которые были обусловлены одновременным переохлаждением всего кончика при недостаточно резком перепаде температур. Очень резкий перепад температур удалось получить на приборе, изображенном на рис. 32 [71]. Верхняя нагревательная зона была сконструирована из двух вставленных друг в друга стеклянных трубок, между которыми находились витки нагревательного элемента из нихромовой проволоки. Нижний конец [c.228]

Важно отметить, что метод Бриджмена — Стокбарджера с вертикальными печами можно применять только к тем веществам, объем которых при затвердевании не увеличивается, а к ним относится большая часть органических соединений. В случае веществ с увеличивающимся при кристаллизации объемом кристаллы могут выращиваться этим методом при использовании горизонтальных печей. Схема прибора в этом случае напоминает схему, изображенную на рис. 37, на котором показано выращивание кристаллов методом горизонтальной зонной плавки, только область расплава на рисунке следует распространить до конца тигля, противоположного зародышу, оставляя зародыш нерасплавленным. Процедура роста здесь осуществляется, так же как и в методе с вертикальными печами, путем медленного продвижения границы раздела твердое вещество — расплав в область расплава. [c.229]

Если при выращивании кристаллов из расплава по методу Бриджмена — Стокбарджера тигель перемещается относительно зоны перепада температур, то Штёбер использовал неподвижный тигель и менял в зоне расположения тигля температурный градиент. Схема прибора показана на рис. 33. Тигель А расположен между двумя параллельными нагревателями В и С и окружен материалом теплопроводность которого по возможности такая же, как и у выращиваемого кристалла. Вся внутренняя камера равномерно и хорошо изолирована термоизоляцией Е. [c.230]

Концентрационное переохлаждение, естественно, не играет большой роли в чистых или почти чистых расплавах (например, при выращивании кристаллов большей части полупроводников и окислов неорганических веществ). Однако диффузия и концентрационное переохлаждение могут доставлять неприятности при высоких концентрациях активаторов (например, при производстве диодов по методу Есаки [27]) и при выращивании инкон-груэнтно плавящихся окислов неорганических материалов и других соединений, у которых максимальная температура плавления не соответствует нужной стехиометрии и у которых кристалл и расплав сильно различаются по составу. Перемешивание расплава уменьшает толщину диффузионного слоя, снижая вероятность возникновения зоны концентрационного переохлаждения. Но как показал Хэрл [28], концентрационное переохлаждение возможно даже в перемешиваемых расплавах. При ко < 1 концентрация примеси или активатора перед кристаллической поверхностью возрастает по мере роста и достигает стационарного уровня Со. Развивая представления Бартона и др. [24], рассматривавших зависимость эфф от скорости перемешивания, Хэрл [28] вывел уравнение, связывающее возникновение концентрационного переохлаждения со скоростью перемешивания. [c.128]

Если полиморфные превращения связаны с незначительным изменением симметрии (см. разд. 2.3), часто возможно провести монокристалл через фазовый переход без возникновения поликристаллов, двойников, больших деформаций и других дефектов ). В случае же переходов, связанных со значительным изменением симметрии, часто возникают дефекты упаковки и политипия при этом нельзя даже гарантировать сохранение монокристальности образца. Без растворителей такие системы обычно метастабильны. Таким образом, чем больше различаются между собой по структуре две фазы, тем труднее вырастить монокристалл твердофазным способом. Обычно температуру поддерживают постоянной вдоль всего кристалла, а подъем и понижение температуры осуществляется для всей печи в целом. При этом часто наблюдается зарождение новой фазы одновременно во многих точках матрицы, что приводит к образованию двойников или поликристаллов. Ясно, что гораздо целесообразнее было бы инициировать зарождение новой фазы в каком-либо одном месте, а затем обеспечивать возникшему зародышу главную роль в создании фазовой границы между модификациями. Таким образом, хотя это и не принято, но полиморфный переход эффективнее осуществлять методом, аналогичным методу Бриджмена— Стокбаргера при выращивании кристаллов из расплава (см. разд. 5.3). Кристалл, помещенный в одном конце печи, следовало бы перемещать через зону с температурным градиентом или же двигать печь относительно неподвижного кристалла. [c.164]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология