Дислокации и термоупругие напряжения

Характер теплового поля в растущем кристалле влияет также на величину термических напряжений, вызывающих появление дислокаций и их скоплений в структуре материала. Поэтому в главе 3 изложены результаты расчетов и экспериментальных исследований тепловых полей в растущих кристаллах, приведены данные об упругих свойствах кристаллов вблизи точки плавления и проанализированы поля термоупругих напряжений кристаллов разных форм. Учет характера теплового поля и полей термоупругих напряжений позволяет выращивать профилированные кристаллы с пониженной плотностью дислокаций. [c.4]

Дислокации и термоупругие напряжения [c.86]

При оценке влияния тепловых условий выращивания на дислокационную структуру получаемых кристаллов в настоящее время ограничиваются расчетом термоупругих напряжений. Подобные расчеты для кристаллов, выращенных по методу Чохральского, были сделаны в [175, 176]. Теми же авторами в [177] проведены расчеты релаксации термоупругих напряжений в результате пластической деформации и определена плотность дислокаций. К сожалению, процесс релаксации напряжений рассматривался в каждой точке кристалла независимо от того, что делается в соседней точке, так что получавшееся поле релаксированных напряжений не удовлетворяло уравнениям равновесия. [c.88]

В книге приведены результаты исследований дефектной структуры профилированных кристаллов разных, материалов, которая характеризуется наличием дислокаций, их скоплений, пор, трещин, Механизм образования дислокаций и их скоплений изучен наиболее детально на германии. Показано, что плотность дислокаций может быть уменьшена на несколько порядков, а скопления их полностью устранены с помощью специальных тепловых экранов, которые обеспечивают линейный градиент температуры вдоль растущего кристалла. Эти результаты получены на основе расчетов и измерений распределения температуры по кристаллам, теоретического анализа полей термоупругих напряжений и сопоставления их с экспериментально исследованным распределением дислокаций по кристаллу. [c.254]

Один из главных дефектов выращиваемых кристаллов — нормальное механическое напряжение, которое вызывается неоднородностью температурного поля во время роста (термоупругие напряжения) и дефектами реальной структуры кристалла макро-и микровключениями, дислокациями, неравномерным распределением примеси и др. [4]. Для уменьшения термоупругих напряжений необходимо уменьшение величин температурных градиентов в зоне роста и охлаждения кристалла, достижение возможно более вертикального положения изотерм и их приближения к плоскому виду и пр. [40]. С целью уменьшения горизонтальных температурных градиентов в кристалле в условиях ГНК с боков и торцов лодочки в корыто помещаются кассеты из молибденовых экранов. Приближение формы изотермы к плоской достигается за счет того, что под лодочку укладывается молибденовая проволока. [c.179]

При высоких температурах, близких к температуре плавления, пластическая деформация и диффузия точечных дефектов протекают при гораздо меньших механических напряжениях, чем при низких температурах. Пластическое течение перераспределяет материал в монокристалле таким образом, чтобы погасить напряжения, вызвавшие это течение. Оно заканчивается, когда суммарная энергия термоупругих напряжений и дислокаций достигает минимума. Области монокристалла, которые до пластической [c.40]

Согласно макроскопической теории образования дислокаций, возникновение дислокаций при росте кристаллов является не случайным актом, связанным с теми или иными ошибками роста, но необходимым следствием неравномерности распределения температур в растуш ем кристалле [4]. Температурные деформации лишь благодаря образованию дислокаций не приводят к возникновению термоупругих напряжений. Например, при закалке или охлаждении кристалла после отжига дислокации образуются не из-за обрыва растуш,их атомных плоскостей, а вследствие несовместности пластических деформаций. [c.168]

В первом случае распределение термических напряжений по сечению определяется радиальным температурным профилем и обычно близко к параболическому. Эпюра остаточных напряжений, возникающих в результате частичной или полной релаксации термоупругих напряжений, характеризуется сжатием периферийного слоя и растяжением центральной части слитка. Такая картина характерна для монокристаллов Ое и 81, выращенных методом Чохральского [48]. Типичное распределение дислокаций в поперечном сечепии этих кристаллов определяется распределением касательных термических напряжений в активных системах скольжения (рис. 3). Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что плотность дислокаций ТУд в кристалле соответствует той остаточной деформации, которую успели вызвать термоупругие напряжения. В [49] па основании качественного анализа картин распределения дислокаций в закаленных кристаллах Ое также сделан вывод [c.85]

Во втором случае дислокации полностью снимают напряжения в нарастающем слое на торце кристалла, т. е. сумма остаточных и термоупругих напряжений равна нулю. С помощью метода функций влияния в [3] установлено, что вид эпюры ост [c.85]

Характерное распределение температуры по высоте системы тигель—формообразователь—кристалл показано на рис. 48, б. Температура дна тигля не должна превышать 2090° С. Температура кромок формообразователей на несколько градусов выше температуры кристаллизации 2053° С. На структурное совершенство получаемых кр исталлов существенное влияние оказывает распределение температуры в растущем кристалле на участке от фронта кристаллизации до сечения с температурой Т , при которой возможно гетерогенное зарождение дислокаций при данном уровне термоупругих напряжений. Величина и характер изменения температуры на участке 2053° С—Т зависит от характера нагревателей, тепловых экранов, геометрии поперечного сечения кристалла и скорости вытягивания. Рассмотрим средства управления температурным полем, предусмотренные в тепловой зоне, показанной на рис. 48, а. Частота тока индуктора снижена по сравнению с частотой в работе [28] более чем в 60 раз и составляет 8000 Гц. Благодаря этому увеличена почти в 8 раз глубина проникновения тока Д в графитовый муфель. На частоте f— =8000 Гц глубина проникновения Д =5 10 /р//=1.8 см (р = = 10" Ом-см — удельное электросопротивление графита при [c.140]

В работах [3, 47] была развита макроскопическая теория образования дислокаций при росте кристаллов. Получено выражение, связывающее тензор плотности дислокаций с градиентом температуры па фронте роста с учетом температурного изгиба кристалла в предположении отсутствия напряжений в растущем слитке (т. е. полной релаксации термо-упругихнапряжений). В случае, когда радиальным перепадом температуры можно пренебречь и обеспечивается линейное осевое распределение температуры на расстоянии порядка диаметра слитка, растущий кристалл практически испытывает свободный температурный изгиб. Это означает, что термоупругие напряжения возникнуть не могут, т. е. при этом создаются благоприятные условия для роста кристаллов,свободных от дислокаций. Учет собственной энергии дислокаций приводит к тому, что даже при наличии термоупругих напряжений энергетически выгодно образование растущих слоев кристалла с некоторыми напряжениями, но с меньшей плотностью дислокаций (неполная релаксация). [c.84]

В работах [5С, 57] был использован подход, основанный на сопоставлении расчетных термоупругих напряжений в слитке с экспериментально определенными критическими напряжениями образования дислокаций при соответствующих температурах. Температурное поле в растущем кристалле рассчитывалось но методике [41]. Поле термоупругих напряжений определялось в рамках несвязанной квазистатической теории термоупругости путем решения уравнений термоупругости в перемещениях. Строго говоря, расчет напряжений в предположении, что кристалл является упругоизотронным телом, справедлив лишь до тех пор, пока напряжения не превосходят критическое сдвиговое напряжение. Поэтому такой подход не претендует на количественное определение плотности дислокаций в кристалле, а лить дает возможность оценить вероятность образования дислокаций в данной области кристалла. Тем не менее он оказывается полезным при [c.87]

Поле термоупругих напряжений для осесимметричного распределения температур в растущем кристалле (двухмерная задача) было рассчитано в [57] конечно-разностным методом. На примере Ое было показано, что при выращивании бездислокационных кристаллов действующие термические напряжения не превышают напряжения гетерогенного зарождения дислокаций Тг.з при соответствующих температурах [55]. Этот результат подтверждает правомер- [c.87]

Необходимо иметь в виду, что при высоких температурах восходящая диффузии примеси и избыточных компонентов кристаллизуемого вещества под действием поля напряжений дислокаций может способствовать локальному увеличению их концентрации. В результате на дислокациях могут возникать частицы макроскопических размеров. На рис. 50 а-в представлена кинетика данного эффекта в поле линейных и ге лико ид ал ьных дислокаций в монокристаллах иттрий-алюминиевого граната. Исследование указанного процесса позволило разделить эту кинетику на три стадии. На первой происходит декорирование геликоидальных дислокаций (см. рис. 50 а), на второй — развал геликоидалььгых дислокаций с образованием системы колец, строго ориентированных в монокристалле (см. рис. 50 б). На этой стадии уже видны механические частицы макроскопических размеров. На третьей стадии эти частицы образуют вокруг линейных дислокаций скопления, контуры которых имеют явно геометрическую форму, отражающую симметрию кристаллографической плоскости, по поверхности которой шла диффузия (см. рис. 50 в). Таким образом, в случае высокотемпературной кристаллизации (а также высокотемпературного отжига) дислокации, кроме локальных термоупругих полей, могут способствовать образованию в монокристаллах механических включений высокой плотности. Их отличие от включений, захватываемых фронтом роста, заключается в том, что размер частиц практически постоянен, а колонии этих частиц представляют собой скопления, в которых частицы находятся на строго определенном расстоянии друг от друга. Можно думать, что природа сил, приводящая к такому распределению, носит электростатический характер [69]. [c.71]