Кристаллизация из газовой фазы

Кристаллизация из газовой фазы — это конденсация молекул газа с образованием кристаллического вещества, минуя жидкую фазу. Физической кристаллизацией называют образование кристаллов из молекул, находящихся в одно- или многокомпонентной газовой фазе. Химическая кристаллизация — это возникновение кристаллов вследствие пересыщения газовой фазы новым веществом, образующимся в результате химической реакции между газообразными компонентами. Кристаллизация из газовой фазы в неизменном объеме, вследствие конденсации вещества, сопровождается понижением давления. При физической кристаллизации процесс конденсации (обратный сублимации) достигается при понижении температуры или при сжатии (уменьшении объема) газа. Для химической кристаллизации необходимо смешение реагирующих газов. [c.262]

Все предложенные до настоящего времени теории зарождения и роста НК и пленок игнорируют реальное состояние поверхности раздела, участие во многих случаях химических реакций в процессе кристаллизации из газовой фазы, следствием которых является наличие слоя хемосорбированных молекул на поверхности раздела. При наличии хемосорбции непосредственный обмен между подложкой и средой практически отсутствует и хемосорбционный слой в известном смысле можно считать промежуточной двумерной фазой . Рост кристалла в этом случае, по-видимому, происходит в результате актов химического распада молекул хемосорбционного слоя, механизм которых совершенно не изучен. Особая трудность возникает при обсуждении возможных механизмов роста эпитаксиальных пленок сложных соединений при жидкофазном осаждении в связи с тем, что молекулярная форма нахождения большинства этих соединений в растворах и расплавах в настоящее время неизвестна. Поэтому единой достаточно удовлетворительной теории зарождения и роста НК и пленок при газофазном осаждении пока не существует. Необходимо дальнейшее накопление надежных экспериментальных данных о реальной структуре (атомной и электронной) поверхностей раздела, о явлении хемосорбции, о так называемой закомплексованности и других определяющих явлениях. Важным также в теории гетерогенного зародышеобразования пленок является установление соотношения между процессами статистического зародышеобразования на чистых подложках и на активных центрах. Имеются сведения (Л. С. Палатник и др. 1972 г.) об образовании и длительном существовании в тонких пленках термодинамически неравновесных фаз. Поэтому пределы применимости к тонкопленочным системам (приборы микроэлектроники, оптические покрытия и др.) диаграмм состояний, разработанных для систем массивных материалов, требуют подробного анализа и обсуждения. [c.485]

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]

Механизм и кинетика кристаллизации из газовой фазы принципиально не отличаются от таковых при кристаллизации из растворов или расплавов. Зарождение и рост кристаллов в газе происходит по тем же законам, что и в жидкости (см. выше). Как и в любом случае кристаллизации, для конденсации газа в твердую фазу он должен быть пересыщенным. [c.263]

При осуществлении процессов кристаллизации из газовой фазы используют установки с псевдоожиженным слоем как с рециркуляцией газообразной псевдоожижающей среды, так и без рециркуляции, с однократным проходом. Механизм таких нроцессов складывается из следующих стадий смешение реагентов в пределах слоя и создание пересыщенного состояния ПГС, кристаллизация на частицах слоя и в газовой фазе. [c.239]

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ [113, 143] [c.262]

Другой путь получения монокристаллов — кристаллизация из газовой фазы в результате транспортных реакций. Наиболее широко они используются для выращивания эпитаксиальных пленок полупроводниковых соединений на монокристаллических подложках из германия, кремния и других полупроводников. Сущность транспортных реакций заключается в том, что твердое вещество, в данном случае полупроводниковое соединение, взаимодействуя по обратимой реакции [c.272]

Получение материалов с заданными свойствами и формой, в частности эпитаксиальное осаждение, относится к области химии и технологии твердого тела, которым посвящена специальная литература. В крупнотоннажных производствах неорганических веществ процессы кристаллизации из газовой фазы не очень распространены. Поэтому здесь мы кратко рассмотрим лишь некоторые общие аспекты конденсации кристаллов из пересыщенного газа. [c.262]

Кристаллизация из газовой фазы возможна, если при данном давлении температура сублимации кристаллов (т. е. температура, при которой кристаллы находятся в равновесии со своим паром) лежит ниже температуры их плавления (см. разд. 5.2 и рис. 5.2, б). При атмосферном давлении это характерно, например, для иода, кристаллы которого испаряются без плавления, а из пара конденсируется твердая фаза. При очень низком давлении в верхних слоях [c.262]

При кристаллизации из газовой фазы значительных масс продукта образующиеся кристаллы обычно осаждаются на внутренних поверхностях аппаратов, работу которых приходится прерывать для выгрузки материала. Организация полностью непрерывных крупномасштабных процессов в этих случаях затруднительна. Обычно их ведут в периодических или полунепрерывных режимах. [c.263]

При кристаллизации из газовой фазы рост поверхностей низких индексов контролируется двухмерным зарождением монослоев [5]. Поэтому примем, что самой медленной стадией является образование двухмерных критических зародышей графита. [c.31]

При кристаллизации из газовой фазы по механизму прямого удара всегда можно ожидать аддитивности скоростей реакции при кристаллизации из смесей двух газов. Действительно, в этом случае скорость реакции прямо пропорциональна потоку молекул на поверхность затравочного кристалла, который, в свою очередь, прямо пропорционален парциальному давлению. Изменением коэффици- [c.83]

Процессы кристаллизации сопровождаются тепловым эффектом, обратным по знаку тепловому эффекту при растворении. В случае кристаллизации из газовой фазы, расплавов и растворов веществ, не склонных к образованию кристаллогидратов, тепловой эффект всегда положительный. При большом числе молекул воды в кристаллогидрате тепловой эффект кристаллизации может быть отрицательный, так как их растворение может сопровождаться не поглощением, а выделением гепла. Количество выделяемого или поглощаемого тепла при кристаллизации единицы массы вещества (1 моль, 1 кг) называется теплотой кристаллизации. Числовые значения теплот растворения (кристаллизации) для ряда веществ, определяемые опытным путем, приведены в справочниках. [c.679]

Применительно к кристаллизации из газовой фазы разность химических потенциалов можно выразить через давления насыщенных паров над зародышем радиуса и паров твердой фазы р Их — И2 = 1п (р,/р ). [c.684]

Это выражение показывает, что кажущийся порядок химически реакции кристаллизации может быть любым — от нулевого до второго. Если кристаллизация из газовой фазы проводится в слое [c.25]

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]

Изотопный эффект при кристаллизации из газовой фазы удобно характеризовать по отношению к исходному газу — метану, введя определение [c.87]

Рис. 57. Изменение веса моно< кристалла алмаза и толщины наращенной алмазной пленки при импульсной кристаллизации из газовой фазы

При описании роста графитовых нитевидных кристаллов уже указывалось на специфическое воздействие лучистого нагрева на кристаллизацию из газовой фазы. Теоретически этот вопрос рассмотрен в работе [100] в применении к кристаллизации кремния из газовой фазы. Экспериментально было установлено, что скорость роста кремния при лучистом нагреве превышает скорость роста кремния в аналогичных условиях (давлении, температуре) при использовании омического нагрева [101]. Это находит свое объяс- [c.109]

Изучение кристаллизации из газовой фазы такого сложного кристалла, как фторфлогопит, представляет интерес для понимания механизма переноса элементов в парах. Отмечается высокая [c.31]

Ряд авторов изучали возможность получения муллита кристаллизацией из газовой фазы. Муллит получали из смеси оксида кремния, алюминия и серы [9] кристаллизацией в атмосфере, содержащей 1 7о водорода, в интервале температур 800—1200 °С в контейнере из глинозема. Муллит образуется на стенках контейнера. Выход составляет —0,5 %. [c.150]

ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ [c.373]

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]

Как и кристаллизация растворов, расплавов и стекол, процесс кристаллизации из газовой фазы включает два этапа, первый — [c.374]

Кристаллизация из газовой фазы дает возможность (подвергая, например, исходное твердое вещество сублимации с последующим осаждением) получать материал высокой степени чистоты, заданной структуры и с заданными свойствами. Метод кристаллизации из газовой фазы используют для получения тонкодисперсных порошков — пигментов и усиливающих наполнителей, в частности для получения оксидов (AI2O3, TiOa и др.) путем гидролиза газообразных хлоридов или путем их высокотемпературного окисления. Осаждение из газовой фазы применяют для покрытия подложек тугоплавкими соединениями или оксидными пленками либо для металлизации. Этот метод, заключающийся в эпитаксиальном росте кристаллов, т. е. в наращивании одного вещества на другое, базируется на сходстве строения срастающихся граней. Кристаллизацией из газовой фазы получают монокристаллы и монокристаллические пленки, в частности для лазеров и приборов микроэлектротехники. Возможно прямое осаждение из газов готовых твердых изделий, например, деталей полупроводников и других деталей сложной формы. Возможно также получение гранулятов физическим или химическим осаждением вещества из газа в кипящем слое. Свойства получаемых твердых фаз зависят от условий пересыщения газовой фазы, от температуры подложки и др. [c.262]

Роль кристаллизации из газовой фазы [c.376]

Непосредственная кристаллизация из газовой фазы может оказаться значительно более эффективной, чем перегонка. Таким путем, например, можно удалить летучие загрязнения, которые будут растворяться в жидкости конденсата, но которые нерастворимы или заметно не адсорбируются кристаллическим сублиматом. Кроме того, часто можно легко осуществить отделение летучих кристаллизующихся соединений от нелетучих веществ и от летучих веществ, которые не конденсируются в условиях сублимации. Разделения веществ, которые имеют, сравнительно близкие давления паров, обычно не легко достичь из-за необходимости повторных однократных сублимаций, но даже этот способ может оказаться недостаточным. Если возможно применение сублимации, то в результате можно получить, нередко с достаточной скоростью, хороший выход очень чистого кристаллического продукта. [c.510]

Рис. 109. Схема установки для кристаллизации из газовой фазы с участием химической реакции в замкнутом реакционном объеме

Кристаллизация из газовой фазы с участием химической реакции в замкнутом реакционном объеме схематично представлена на рис. 109. В системе создаются зона испарения с температурой (или и зона кристаллизации с температурой (или /1). [c.378]

Кроме рассмотренных двух основных разновидностей процессов кристаллизации из газовой фазы в технике находит большое применение еще одна разновидность этих процессов — кристаллизация с использованием парофазных реакций. Последняя отличается от описанных процессов кристаллизации отсутствием подлежащей переносу твердой фазы. Материалом для кристаллизации служат пары летучего соединения, переносимые транспортирующим агентом. Проходя через нагретую реакционную камеру, захваченные пары, благодаря взаимодействию с транспортирующим газом или термическому разложению, выделяют вещество, кристаллизующееся на стенках реакционной камеры или на затравке. Метод пригоден не только для получения моно- и поликристаллических веществ, но также и для получения стекловидных пленок и стекла. [c.379]

В перспективе роль процессов кристаллизации из газовой фазы несомненно возрастет еще больше. Эти процессы позволяют получать при сравнительно невысоких температурах достаточно совершенные кристаллы, успешно регулировать стехиометрический состав синтезируемых материалов, очень точно регулировать толщину тонких пленок, создавать р— -переходы, меняя состав газа, выращивать нитевидные кристаллы, которые в силу своей огромной механической прочности должны сыграть немалую роль при создании материалов будущего. [c.380]

Процессы кристаллизации из газовой фазы имеют много общего с кристаллизацией из растворов Процессы кристаллизации в твердой фазе наименее изучены Формально они также подразделяются на стадии образования и роста зародышей Фазовые превращения в твердой фазе возможны только при условии, что они ведут к понижению свободной энергии системы Скорость же превращений зависит от ряда факторов и, в частности, от наличия в структуре дефектов Так, например, образование зародышей происходит преимущественно на границах зерен и дислокациях Стадия роста зародышей определяется скоростью диффузии атомов или ионов, а диффузионные процессы протекают на границе зерен с большей скоростью, чем в объеме [c.266]

Фракционная сублямацня. Метод состоит в частичном испарении твердой исходной смеси Сублимация неразрывно связана с кристаллизацией из газовой фазы - десублимагшей, при к-рой зарождение и рост кристаллов происходят во всем объеме аппарата или только на его охлаждаемых пов-стях. Установка для сублимащ1и (рис. 5) состоит из бункера, куда поступает разделяемая смесь, сублиматора и вспомогат. емкостей. Сублиматор -труба с вращающимся шнеком, [c.526]

Для специалистов в области физики твердого тела, физики жидкого состояния и процессов кристаллизации из газовой фазы, а также для студентов старших курсов соответствующих специальностей. [c.2]

Свойства. Компактный К.-в-во серебристо-серого цвета с металлич. блеском. Кристаллич. решетка устойчивой модификации кубич. гранецентрированная тнпа алмаза, а = = 0,54307 нм, пространств, группа Fifim, z = 4. При высоких давлениях существуют др. полиморфные модификации при 20 ГПа-К. 1 с тетрагон, решеткой (а = 0,4686 нм, с = = 0 585 нм), выше 20 ГПа - К. П с кубич. (а = 0,644 нм) и К. П1 с гексагон. (а = 0,380 нм, с = 0,628 нм). При кристаллизации из газовой фазы на пов-стях с т-рой ниже 600 °С образуется аморфный К. Для кристаллич. Si т. пл. 1415 С (плавится с уменьшением объема на 9%), т. кип. 3249 С плотн. 2,33 г см - 20,16 Дж/(моль К) ДЯ л 49,9 [c.508]

На заключительной стадии расплавной кристаллизации в более холодных верхних частях тигля или газовыводной трубки при температуре 1280—1320 °С обычно происходит кристаллизация фторфлогопита из газовой фазы. Качественная характеристика Продуктов кристаллизации из газовой фазы, выделяющейся из расплава, свидетельствует о выносе всех слюдообразующих компонентов. Слюда образует розетковидные друзы из тонких пластинок гексагональной формы. Встречаются отдельные кристаллы размером до 5 см . Пластинки обычно деформированы и имеют явно выраженное дислокационное строение. [c.31]

Среди способов синтеза силикатных и тугоплавких неметаллических материалов процессы кристаллизации (конденсации) из газовой фазы не находили активного применения вплоть до 50-х годов XX в., когда ситуация стала резко изменяться в связи с развитием новых отраслей науки и техники, потребовавших создания материалов с ранее невиданными свойствами. Это произошло потому, что примерно в те же годы была выявлена очень сильная зависимость свойств материалов от их чистоты, а в газовой фазе значительно проще, чем в жидком и тем более твердом состоянии, достичь высокой степени чистоты. Кроме того, кристаллизация из газовой фазы оказалась вне конкуренции при решении поставленной развитием микроэлектроники задачи получения тонкопленочных материалов, одномерных и двумерных монокристаллов. Наконец, из газовой фазы иногда оказывается проще, чем традиционными путями, получать изделия из карбидов и других сверхтугоплавких соединений, а также соединений, склонных к диссоциации при высоких температурах. [c.373]

Возгонка (сублимация). Многим кристаллическим веществам свойственна способность к возгонке, т. е. к переходу в газовую фазу, минуя жидкую, с последующей кристаллизацией из газовой фазы. Этот метод позволяет отделить сублимирующиеся вещества от несублимирующихся примесей и разделить смесь веществ с разными температурами сублимации или температурами кристаллизации из газовой фазы градиентная возгонка). Если вещества возгоняются трудно и при высоких температурах разлагаются, применяют возгонку в вакууме или в высоком вакууме — до 0,0013 Па (10 мм рт. ст.) . Высоковакуумная возгонка в различных вариантах применяется для глубокой очистки. [c.16]