Чохральского метод выращивания кристаллов

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

Рис. 64. Схема установки для выращивания монокристаллов по методу Чохральского а — выращивание монокристаллов в форме стержней, б — выращивание монокристаллов в форме дисков. 1 — Монокриста.чл, 2 — расплав, 3 — основной нагреватель, 4 — дополнительный нагреватель. Жирными стрелками показано направление вытягивания монокристалла, тонкими — направление водяного охлаждения, пунктиром — направление вращения кристалла

Рис. 31. Вид наружной поверхности жидкого столбика при выращивании кристаллов по методу Чохральского

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]

Схема выращивания кристаллов из расплава по методу Чохральского [c.381]

Потребность расширения номенклатуры искусственных монокристаллов, однако, способствовала разработке новых методов выращивания, принципиально отличных от метода Вернейля. Так, в 1917 г. И. Чохральский предложил вытягивать кристаллы из расплава, находящегося в тигле [86]. Появление данного метода позволило осуществить кристаллизацию при строго контролируемых температурно-временных условиях. Именно метод Чохральского дал возможность проводить процесс кристаллизации в вакууме, а также в контролируемых нейтральных атмосферах. В отличие от метода Вернейля метод Чохральского был подвергнут принципиальным видоизменениям. Так, в 1926 г С. Киропулос заменил операцию вытягивания кристаллов из расплава на направленную кристаллизацию расплава путем плавного снижения его температуры [87]. В этом случае, однако, возникают трудности, связанные с извлечением из тигля выросшего монокристалла. Проблема была решена М. И. Мусатовым, который предложил на заключительной стадии кристаллизации вытягивать монокристалл на расстояние, исключающее контакт монокристалла со стенками тигля [88]. [c.86]

Настоящий раздел посвящен результатам многолетних работ по выращиванию кристаллов методами горизонтальной направленной кристаллизации и Чохральского и изучению некоторых свойств монокристаллов ИАГ и его разновидностей, содержащих в том или ином количестве изоморфно-замещенные примеси редких земель, переходных и ряда других элементов и используемых для ювелирных и технических целей. Эти работы были выполнены [c.168]

Выращивание кристаллов производили по методу Чохральского индукционным нагревом тигля с расплавом на универсальной установке. В качестве исходных компонентов использованы углекислый барий, стронций и пятиокись ниобия марки ос. ч., взятые в соотношении, соответствующем составу кристалла. [c.347]

Пока еще трудно предугадать, получат ли развитие в ближайшее время методы выращивания кристаллов, чтобы можно было разрешить такие задачи, как получение кристаллизации слюды или длинных асбестовых волокон из гомогенных расплавов. Сравнительно медленное развитие этих методов, от первых опытов Таммана, Чохральского, Киропулоса и Стокбаргера до настоящего времени, свидетельствует о возрастающих затруднениях, которые встают на пути применения экспоненциального закона, и возникающих вследствие совершенно необходимых требований, предъявляемых к предельной чистоте расплава, к постоянству распределения температуры в расплаве и к постоянству необходимых температурных градиентов. Нельзя поддаваться пессимизму от сознания того, что на пути к достижению этих усовершенствований встретится много препятствий [c.383]

Авторы [30] указывают, что высота /г фронта кристаллизации над поверхностью расплава является одним из основных параметров выращивания кристаллов по методу Чохральского. На рис. 30 показаны два предельных случая. В случае, изображенном на рис. 30, а, высота подъема столба расплава А является слишком большой и только часть горизонтальной нижней поверхности [c.95]

Форма фронта кристаллизации определяется соотношением осевого и радиального градиентов температуры, которые зависят от тепло- и массопереноса в расплаве и над ним. Перенос теплоты в расплаве при выращивании кристаллов методом Чохральского осуществляется конвекцией и только в тонком диффузионном слое у фронта кристаллизации кондуктивным способом. Конвекция — это перенос тепла потоками вещества. Причинами конвекции являются 1) неодинаковая плотность жидкости, обусловленная градиентом температуры (естественная, или свободная конвекция) и 2) принудительное перемешивание жидкости (принудительная конвекция). [c.209]

Возникновение тепловой или концентрационной конвекции происходит выше определенного критического значения числа Ра. Из всех перечисленных типов естественной конвекции при выращивании кристаллов методом Чохральского определяющее значение имеет тепловая (свободная и принудительная) конвекция. Изучением конвекции жидкости в применении к выращиванию [c.209]

Нами изучалась конвекция в расплаве и зависимость изменения формы фронта кристаллизации от изменения характера конвекции прн выращивании кристаллов И.А.Г методом Чохральского на установке Вико с резистивным нагревом из тиглей радиусом 2,6 и 3,3 см на затравках, ориентированных по [100]. Частота вращения кристалла со=Г2—40 мин , скорость вытягивания У = = 1,2—5 мм/ч, атмосфера — аргон Я 5-10 Па или вакуум 14 211 [c.211]

Нами изучено влияние некоторых технологических параметров на интенсивность травления боковой поверхности монокристаллов ИАГ, выращенных из расплава методом Чохральского в условиях вакуума. Экспериментально установлено, что испарение расплава из тиглей, изготовленных пз сплава на основе молибдена, более интенсивно, чем из иридиевых тиглей. Так, за цикл выращивания кристалла ИАГ продолжительностью 50 ч из тигля первого типа радиусом 3,3 см испарилось около 25 % первоначальной массы расплава. Боковая поверхность монокристаллов, выращенных из этих тиглей, протравливается сильнее, чем в случае выращивания из иридиевых тиглей. [c.220]

Настоящий раздел посвящен результатам многолетних работ по выращиванию кристаллов методами горизонтальной направленной кристаллизации и Чохральского и изучению некоторых свойств монокристаллов ИАГ и его разновидностей, содержащих в том или ином количестве изоморфно-замещенные примеси редких земель, переходных и ряда других элементов и используемых для ювелирных и технических целей. Эти работы были выполнены А. Г. Давыдченко, С. А. Смирновой и А. А. Шабалтаем. На отдельных этапах исследований в них принимали участие С. Ф, Ахметов, Е. В. Полянский, В. А. Нефедов. [c.168]

Нами изучалась конвекция в расплаве и зависимость изменения формы фронта кристаллизации от изменения характера конвекции при выращивании кристаллов И.4Г методом Чохральского на установке Вико с резистивным нагревом из тиглей радиусом [c.211]

Пермутационные указатели обладают рядом недостатков. Во-первых, заглавие не всегда в должной мере отражает содержание документа. Во-вторых, в качестве самостоятельных рубрик используются только слова заголовка, а не термины, определенные из существа дела и специально разработанной рубрикации. Поэтому работы близкого содержания могут быть расположены под разными ключевыми словами, являющимися синонимами. Например, заголовки Выращивание кремния по методу Чохральского и Вытягивание кристаллов кремния из расплава имеют одинаковый смысл, но мало совпадающих ключевых слов и поэтому будут разнесены по несовпадающим рубрикам, в частности по рубрикам Выращивание и Вытягивание , хотя в полном контексте смысл этих слов совпадает. Поэтому каждый раз, изучая какую-либо тему, приходится вспоминать все слова-синонимы. Это особенно трудно, если указатель составлен на малознакомом языке. Безусловно, словарь синонимов очень полезен для такой работы. Подобные словари— так называемые тезаурусы — удобны для определения терминов, по которым выбираются ключевые слова для отыскания нужной информации в указателе. Примером такого справочника может служить [122]. [c.254]

Если желают получить зерна очень большого размера и совершенной формы, то используемая для этих целей техника имеет свои отличия. Методы выращивания кристаллов — предмет многочисленных исследований — позволяют получить монокристалл или путем простой кристаллизации, или посредством гидротермального синтеза, или же кристаллизацией из расплава при высокой температуре (метод Вернейля или Чохральского, зонная плавка и т. д.), или даже с помощью весьма специфических механизмов, таких, например, как химический транспорт [14]. Работа [15] содеришт обзор применяемых методов. Монокристаллы можно приготовить даже из таких тугоплавких веществ, как окислы FeO, NiO, СоО или СаО [16—19], а также монокристаллические стержни NiO или MnFea04 [20], механическая обработка которых достаточна для получения образца нужной формы. Для некоторых классов веществ с интересными пьезоэлектрическими или оптическими свойствами этот способ изготовления стал общепринятым. [c.194]

Начиная с 1960-х годов в связи с развитием лазерной техники потребность в рубинах резко возросла. Это привело к широкому распространению выращивания кристаллов методом вытягивания из расплава, впервые разработанным Дж. Чохральским в 1918 г. Температура, необходимая для плавления рубнна, при этом обычно достигается применением высокочастотного индукционного нагревателя. Электрическая энергия мощностью в несколько киловатт с частотой порядка 100 килоциклов в секунду подается через охлаждаемую водой спираль из медной трубки в несколько дюймов в диаметре и в длину. Так как ток в спирали меняется с большой частотой, в электропровод-нь1х материалах, находящихся вблизи спирали, индуцируется энергия. [c.45]

Метод Киропулоса более пригоден для выращивания кристаллов с большим отношением диаметра к высоте, тогда как метод Чохральского-таллов с большим отношением высоты к диаметру. [c.193]

Метод вытягивания кристаллов, который применял Чохральский [19] для получения длинных тонких монокристаллов металлов, очень похож на предыдущий. Разница заключается в том, что при выращивании кристаллов методом вытягивания кристаллизация происходит исключительно в результате охлаждения твердого вещества (температура расплава постоянна), тогда как кристаллизация по методу Наккена Киропулоса идет за счет охлаждения как расплава, так и зародыша. [c.233]

Выращивание кристаллов с краевым углом 02 (см. рис. 34), меньшим, чем его значения, определяемые условием равновесия прих = г ( .7), приводит к уменьшению высоты поднятия жидкого столбика. Так как равновесная поверхность границы раздела кристалл— расплав почти плоская для промышленных радиусов кристаллов (г>0,5 см), уменьшение высоты столба /1 = Утах ДОЛЖНО быТЬ ОграНИЧеНО значениями Ута.х>Уй (рис. 34). Следует заметить, что выращивание монокристаллов по методу Чохральского с малыми значениями (/тах весьма затруднительно и часто приводит к кристаллизации свободной поверхности расплава и примерзанию слитка. Поэтому скорость вытягивания надо поддерживать такой, чтобы плоская изотерма кристаллизации не опускалась ниже высоты Н=утах, соответствующей 01= л/2. [c.106]

Изучено влияние отклонений от стехиометрии расплава на травление поверхности монокристаллов ИАГ, выращиваемых в вакууме (Р= 1 10 Ч-1 10 Па) методом Чохральского. Выращивание кристаллов осуществлялось на установке Вико в тиглях, изготовленных из сплава на основе молибдена радиусом 3,3 см. Использовались таблеты шихты ИАГ ТУ б—09—26—254—77, сверх-стехиометрические добавки УгОз и АЬОз марок ИтО-В и Хч для спектрального анализа . Скорость выращивания кристалла Змм/ч, частота вращения затравок 13—30 мин , продолжительность пребывания кристаллов ИАГ над зеркалом расплава от 30 до 150 ч. [c.220]

Начиная с 1960-х годов в связи с развитием лазерной техники потребность в рубинах резко возросла. Это привело к широкому распространению выращивания кристаллов методом вытягивания из расплава, впервые разработанным Дж. Чохральским в 1918 г. Температура, необходимая для плавления рубнна, при этом обычно достигается Применением высокочастотного индукционного нагревателя. Электрическая энергия мощностью в несколько киловатт с частотой порядка 100 килоциклов в секунду подается через охлаждаемую водой спираль из медной трубки в несколько дюймов в диаметре и в длину. Так как ток в спирали меняется с большой частотой, в электропровод-нь1х материалах, находящихся вблизи спирали, индуцируется энергия, в современном варианте метода Чохральского энергия подается к Иридиевому тиглю, содержащему расплавленный глинозем, через внешний тигель, который изготовлен из какого-либо дешевого матери- [c.45]

Эффект грани выявляется благодаря значительному различию концентраций примеси. На основании этого некоторые исследователи [18] образование гранных форм роста (фасеток) при выращивании кристаллов методом Чохральского объясняют избирательной адсорбцией примеси на той или иной кристаллографической грани и концентрационным переохлаждением. Различная степень захвата примесей гранными и негранными поверхностями роста кристаллизации вызывает возникновение на границе гранных и негранных форм сильных напряжений и дислокаций. [c.214]

На рис. 17 изображено продольное сечение монокристалла иттрий-алюминиевого граната. Благодаря зонам роста видна геометрическая особенность фронта роста, представляющая собой систему гранных и негранных форм. Экспериментально было обнаружено, что расположение указанных форм в сильной степени зависит от метода выращивания монокристаллов и формы фронта роста. Если фронт роста выпуклый в сторону расплава, то в случае метода Бриджмена гранные формы преимущественно располагаются на периферии кристалла, в то время как в случае метода Чохральского — в центре. При вогнутом фронте роста картина противоположная. И только в случае плоского фронта роста гранные формы не наблюдаются, поскольку фронт роста можно представить как одну грань. [c.31]

Полежаев В. И., Простомолотов А. И. Численное моделирование процессов гидродинамики и тепло-массообмепа при выращивании кристаллов по методу Чохральского // Расширенные тезисы докладов на 6-й Международной конференции по росту кристаллов. 1980. Т. 2. С. 231-232. [c.157]

Один из наиболее успешных методов выращивания металлических кристаллов был развит на основе элементарных измерений скорости роста кристаллов металлов в слегка перегретых расплавах, произведенных Чохральским . Измерения заключаются в определении наивысшей скорости, с которой тонкая монокристальная проволока может быть вытянута из расплава без разрыва. Если скорость роста постоянна при определенной и точно контролируемой температуре расплава, то в принципе можно легко получить цилиндрическую проволоку любой длины из расплавов цинка, олова, свинца и других металлов. Гомперз этот метод изменил и усовершенствовал им можно широко пользоваться, в частности в деле изучения механических свойств монокри- [c.382]

Разумеется, что степень химической неоднородности ферритов зависит от метода их получения. Из числа известных методов синтеза монокристаллов (метод Вернейля [6—8], метод Чохральского [9—11], метод Бриджмена—Стокбаргера [12—14], гидротермальный метод [15, 16], метод рекристаллизации в твердой фазе [17—20] и метод выращивания монокристаллов из расплавленного растворителя [21—24]) наиболее удачным с точки зрения однородности и чистоты получаемого продукта, по-видимому, являются методы Бриджмена — Стокбаргера и гидротермальный [25—30]. Наименее однородные в химическом и механическом отношении образцы получаются методом Вернейля, который тем не менее привлекает внимание исследователей своей простотой и быстротой получения кристаллов. О характере и величине неоднородностей монокристаллов УзРе5 я0ах012 и зРе5 я А1а 012, выращенных из расплавленного растворителя, можно судить, например, из данных табл. 1 [31]. [c.8]

Это уравнение справедливо для всех процессов консервативного роста кристаллов, но им трудно пользоваться, когда процесс не относится к случаям нормальной кристаллизации. Для подобного процесса обычно нет данных о доле расплава, все еще остающегося в жидком состоянии к моменту затвердевания данного участка расплава. Долю закристаллизовавшегося расплава при затвердевании данного участка трудно определить даже в случае нормальной кристаллизации по способу Киропулоса или при отливке слитков. Уравнением (2.24) проще всего пользоваться при выращивании кристаллов методами Бриджмена — Стокбаргера и Чохральского, потому что тогда в процессе роста легко определить в любое время долю затвердевшего вещества из простых геометрических соображений. На фиг. 2.5 иллюстрируется распределение примеси в твердой фазе при консервативной кристаллизации в зависимости от доли закристаллизовавшегося вещества для разных значений кэфф [16]. [c.74]

Чохральский [31] первым применил метод вытягивания для выращивания кристаллов легкоплавких металлов, таких, как олово, свинец, цинк. На фиг. 5.5,г показана схема типичной установки для такого вытягивания. В течение многих лет метод использовался для конгруэнтно плавящихся соединений всех классов, но, вероятно, наиболее широкое его применение лежит в области полупроводников. Тил и Литтл [32] первыми получили монокристаллы германия и кремния, и их работа явилась основой для получения полупроводниковых кристаллов этих веществ с высокими характеристиками для научных и технических целей. Метод вытягивания сегодня занимает важное место в промышленной технологии полупроводников. Нассау и Вэн Ютерт [33] применили метод вытягивания к неорганическим веществам, представляющим интерес как лазерные матрицы, и Нассау в ряде статей [34, 35] описывает способы выращивания и свойства aW02 Nd. Некоторые стороны метода рассмотрены в книге [8]. [c.192]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология