Перемещение расплавленных зон

Сначала расплавляют узкую зону, совпадающую с левым концом стержня. Так как эта зона слева не контактирует с твердой фазой, то концентрация примеси в ней остается равной Со. Незначительное передвижение нагревателя в правую сторону приведет к кристаллизации металла слева от нагревателя и перемещению расплавленной зоны в правую сторону. В первой порции затвердевшего металла концентрация примеси составит С == Со, и, так как L < 1, она будет меньше исходной. Дальнейшее перемещение расплавленной зоны приводит к увеличению концентрации примеси в л<идкости и накоплению примеси в правом конце стержня. Многократное прохождение зоны вдоль стержня приводит к глубокой очистке металла и достижению особых свойств. Примером может служить очистка германия, используемого в качестве полупроводникового материала. Присутствие в этом металле ничтожных количеств меди, железа, никеля резко изменяет его проводимость и делает непригодным для применения в радиотехнических устройствах. Очистка зонной плавкой снижает содержание указанных элементов до концентрации, меньшей, чем одни атом примеси на I i атомов германия. [c.101]

Для получения особо чистых монокристаллов кремния обычный метод зонной плавки в лодочке неприменим ввиду отсутствия материала, инертного по отношению к расплавленному кремнию. Так, если использовать кварцевые лодочки, то закристаллизовавшийся кремний прочно сцепляется с кварцем и из-за разности коэффициентов линейного расширения и кварц, и кремний трескаются. Поэтому используют метод бестигельной зонной плавки (рис. 6.10, б). Поликристаллический слиток кремния цилиндрической формы крепится в вертикальном положении к двум соосным водоохлаждаемым штокам в герметичной камере. Штоки можно приводить во вращение с постоянной скоростью и перемещать на небольшие рассстояния относительно друг друга внешним электроприводом. При помощи источника локализованного нагрева в нижней части слитка создается узкая зона расплава. Расплавленная зона удерживается силами поверхностного натяжения, действующими между расплавом и двумя твердыми поверхностями, до тех пор, пока вес расплава меньше сил поверхностного натяжения. При данном диаметре предельная длина зоны зависит от природы материала, т. е. от величины У< 0,, где а — поверхностное натяжение на границе раздела кристалл— расплав, а с1 — удельный вес расплава. Передвигая источник нагрева вдоль слитка, можно перемещать расплавленную зону по слитку и осуществлять таким образом направленную кристаллизацию. Монокристалл можно получать с первого прохода в один из зажимов крепится монокристаллическая затравка, а в другой — поликристаллическая заготовка, и исходная расплавленная зона создается в месте их стыковки. Для того чтобы слиток получался правильной геометрической формы, необходимо при проведении процесса вращать штоки в противоположных направлениях с довольно большой скоростью (30—50 об/мин). После продвижения расплавленной зоны вдоль всего слитка можно, снизив мощность источника нагрева, переместить его в исходное положение и повторить процесс много раз. Такое многократное перемещение расплавленной зоны необходимо, чтобы очистить материал от примеси. [c.302]

Повторяя перемещение расплавленной зоны снизу вверх, очищают кремний от примесей, для которых К < 1. Эти примеси собираются в верхней части стержня. Если снизу под поликристаллическим образцом кремния поместить монокристаллическую затравку, то перемещением зоны плавления от затравки вдоль всего стержня можно превратить весь образец в монокристалл подобно тому, как это описано для германия в 1. Однако бор не удаляется и этим методом. В таких случаях большое значение приобретают методы очистки вещества в виде какого-либо из его соединений. [c.263]

Для глубокой очистки металлов широко используется зонная плавка. Метод основан на том, что растворимость многих веществ (примесей) в жидком металле лучше, чем в твердом. Схема проведения зонной плавки показана на рис. 10.3. Образец металла помещают в печь специальной конструкции, в которой нагревают до плавления лишь небольшой участок (зону) металла. При перемещении этой печи вдоль образца перемещается и его расплавленная зона, при этом тот участок металла, который более не нагревается, начинает кристаллизоваться. При кристаллизации примеси переходят в соседнюю расплавленную зону. В результате по мере перемещения расплавленной зоны вдоль образца металла примеси также перемещаются по образцу и накапливаются в его конце. Этот конец обрезают и получают хорошо [c.194]

За последние годы разработаны два новых процесса кристаллизации, позволяющих получить продукты весьма высокой чистоты без необходимости в механических устройствах для разделения твердой п жидкой фаз. Один из них — периодический усовершенствованный процесс так называемого зонного плавления)) [58], позволяет осуществить многократную кристаллизацию с большим числом ступеней при минимальных затратах. При этом процессе узкая зона плавления проходит по длине прутка неочищенного металла, или столба твердого химического продукта, или углеводорода в трубе. По мере перемещения расплавленной зоны по длине трубы загрязненная твердая фаза плавится на передней границе зоны, а более чистый материал кристаллизуется на задней границе. Примеси концентрируются в жидкой фазе и перемещаются вместе с ней при прохождении расплавленной зоны от одного конца трубы до другого. Прп помощи этого сравнительно легко осуществимого процесса удается получить продукты исключительно высокой чистоты, хОтя эффективность каждой ступени кристаллизации, по-видимому, крайне мала, поскольку для достижения высокой чистоты требуется многократное Плавление и кристаллизация. [c.64]

Представляет интерес выяснить причины столь низкой эффективности единичной ступени очистки при практически применяемых скоростях перемещения расплавленных зон. Из-за отсутствия дополнительных данных можно лишь высказать предположение, что, поскольку перемещение жидкой фазы происходит исключительно в результате продвижения фронта кристаллизующегося твердого материала, при процессе имеются слишком широкие возможности механического включения примесей. Это предположение согласуется с экспериментальным наблюдением [58], что при одинаковой скорости перемещения зон механическое неремешивание повышает четкость разделения. Дополнительным фактором, снижающим эффективность кристаллизации, является адсорбция примесей на гранях кристаллов. В области указанной весьма высокой чистоты даже тонкая адсорбированная пленка может существенным образом влиять на качество продукта. [c.67]

Перемещение расплавленных зон осуществляется либо передвижением контейнера вдоль неподвижных нагревателей, либо, наоборот, передвижением нагревателей вдоль неподвижного контейнера. Выбор способа перемещения диктуется конструктивными особенностями установки и удобством работы. Одновременное перемещение нескольких расплавленных зон может осуществляться последовательным прохождением нагревателей вдоль очищаемого образца или их возвратно-поступательным движением. В первом случае образец последовательно проходит вдоль всех нагревателей. Во втором случае в исходном образце с помощью нескольких нагревателей создаются расплавленные зоны контейнер медленно перемещается на расстояние, равное длине одной зоны, а затем быстро возвращается в исходное положение, передавая таким образом расплавленные зоны соседним нагревателям. Во всех случаях необходимо равномерное перемещение расплавленных зон. Для этой цели используют гидравлические приводы, электромоторы, часовые механизмы и т. п. Конструкции этих устройств подробно описаны в литературе [10 —12, 15]. [c.276]

В простейшей форме метод зонной плавки в применении к металлам состоит в медленном перемещении расплавленной зоны вдоль стержня из металла. [c.451]

В методе зонной кристаллизации материал находится в ампуле, на одном конце которой помещена монокристальная затравка (рис. 357). Узкий нагреватель 1 плавит материал на небольшом участке, в узкой зоне около затравки,, а дальше расплавленная зона перемещается вдоль слитка от затравки, которая начинает расти. Перемещение расплавленной зоны производится либО движением нагревателя вдоль слитка, либо движением ампулы со слитком сквозь нагреватель. При росте крис- [c.382]

При перемещении расплавленной зоны по слитку образуются две поверхности раздела между жидкой и твердой фазами — плавящаяся и затвердевающая. Перераспределение примесей расплавленной зоной достигается главным образом вследствие процессов, протекающих па поверхности затвердевания. На плавящейся поверхности твердое вещество плавится и смешивается с содержанием зоны. На затвердевающей поверхности концентрация примесей в только что затвердевшей части обычно отличается от их концентрации в жидкости. Если примесь понижает точку плавления растворителя, то ее концентрация в затвердевшей части будет меньше, чем в жидкой. Если же она повышает точку плавления растворителя, то ее концентрация в кристалле будет больше, чем в расплаве. Таким образом, фронт кристаллизации при своем движении может оттеснять одни примеси и захватывать другие. [c.315]

Рис. VI.34. Схема. метода зонной плавки перемещение расплавленной зоны (длина I) по цилиндрическому слитку (длина Ь)

Наиболее чистые монокристаллы фосфида галлия получают бестигельной зонной плавкой. При скорости перемещения расплавленной зоны 1—2 см ч и при равновесном давлении фосфора в ампуле получаются совершенно прозрачные слитки фосфида галлия. GaP, полученный методом плавающей зоны, содержит значительно меньше примесей и особенно углерода. [c.145]

Вместо того чтобы плавить все исследуемое вещество, можно, взяв его в виде стержня, расплавлять с помощью кольцевого нагревателя лишь часть вещества на относительно узком участке стержня. При движении такого стержня относительно нагревателя (или наоборот) расплавленная зона перемещается вдоль всего слитка. В процессе перемещения расплавленной зоны [c.17]

Другие способы очистки, или рафинирования, металлов включают перегонку (ра-( )инирование ртути), а также зонную плавку (очистка кремния или германия, исполь- 1уемых в полупроводниковой технике). Процесс зонной плавки заключается в том, что вдоль слитка (в форме стержня) подвергаемого очистке металла медленно перемещают спиральный нагреватель (рис. 22.19) при этом вдоль слитка перемещается расплавленная зона. При медленном перемещении расплавленной зоны вдоль слитка в ней концентрируются примеси, которые таким образом выводятся к концу слитка. Конец слитка с накопившимися в нем примесями отрезают, а оставшийся слиток оказывается свободным от примесей. [c.359]

Иногда его называют коэффициентом сегрегации или коэффициентом ликвации. Коэффициент распределения — очень важная характеристика примеси. Он определяет поведение примеси при кристаллизации и характер распределения ее в вырап енном кристалле, а также позволяет оценить эффективность очистки вещества в процессе кристаллизации. Величина к зависит от природы примеси и основного вещества, типа фазовой диаграммы соответствующей системы, условий кристаллизации, скорости перемещения расплавленной зоны, интенсивности перемешивания и т. п. При кристаллизации из расплава различают равновесный и эффективный коэффициенты распределения. Равновесный коэффициент распределения к применим к бесконечно медленной кристаллизации при равновесии между соприкасающимися фазами. Эффективный коэффициент распределения характеризует процессы кристаллизации с измеримой скоростью (состояние системы неравновесно). Величина /г для различных примесей в одном и том же веществе может меняться в очень широких пределах. Примеси, понижающие температуру плавления, имеют к <. 1, а примеси, повышающие температуру,— к > 1, На рис. 32 показаны участки фазовых диаграмм в области небольших концентраций примеси. При этих концентрациях можно использовать для описания состояния системы законы разбавленных растворов и считать, что шнии солидуса и ликвидуса близки к прямым. Тогда коэффициент распределения легко рассчитать. Он равен отношению отрезков горизонтальных линий от оси температур до их пересечения с линиями солидуса и ликвидуса. Если угол между линиями солидуса и ликвидуса мал и концентрации и [c.61]

Германий (кларк 7 10" %) встречается в природе в виде Ое8з как примесь к сульфидам 2п, Си и Ag. Иногда сырьем для его производства служит зола некоторых видов углей. Сначала получают концентрат, содержащий 2-10% Ое, затем его хлорируют до газофазного ОеС1 , гидролизуют до ОеОз и восстанавливают до металла водородом или аммиаком. Для окончательной очистки проводят зонную плавку, основанную на большей растворимости примесей в жидкой фазе по сравнению с твердой. При перемещении расплавленной зоны по слитку примеси собираются на концах слитка, который идет в переплавку. Германий — хрупкое с металлическим блеском вещество, из которого изготавливаются транзисторы, т. е. полупроводниковые приборы с электронно-дырочной проводимостью. [c.150]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология