Промышленное выращивание монокристаллов,

Вслед за описанием установок для выращивания кристаллов способом Степанова в главе 5 представлены результаты использования этих установок при промышленном выращивании монокристаллов германия с различным профилем — лент, цилиндрических монокристаллов разных диаметров и кристаллов сложных конфигураций. Уделяется значительное внимание новому групповому процессу выращивания, при котором из расплава вытягивается одновременно до 21 монокристаллического стержня. В этой же главе анализируются свойства полученных способом Степанова профилированных кристаллов и излагаются основы их метрологии. [c.5]

Дальнейшее совершенствование конструкций установок для выращивания профилированных монокристаллов, по-видимому, должно идти по пути автоматизации процесса и управления им с помощью ЭВМ, создания установок непрерывного действия и установок для промышленного выращивания монокристаллов широкого круга материалов. [c.255]

Многие химические процессы, применяемые в промышленности, и главным образом в основном химическом синтезе, основаны на реакциях твердой фазы с газом. К таким процессам относятся, например, получение металлов восстановлением газами, обжиг сульфидных руд, получение основных полупродуктов неорганического синтеза — аммиака, серной кислоты и многих органических соединений методами гетерогенного катализа, а также очистка веществ и выращивание монокристаллов (полупроводниковая промышленность). Очень важно здесь то, что в таких гетерогенных системах концентрация дефектов зависит не только от температуры, но и от равновесия между соответствующими компонентами твердой и газовой фаз. Так, например , состав решетки NiO меняется при увеличении парциального давления кислорода, причем в результате окислительно-восстановительной реакции увеличивается количество ионов О - в решетке и одновременно образуется эквивалентное количество ионов Ni +. В соответствии с требованиями об электронейтральности системы в целом, в решетке появляются катионные вакансии [c.435]

Простые формы получают при выращивании монокристаллов, т. е. одиночных кристаллов. Природные и промышленные кристаллы, появляющиеся в условиях массовой кристаллизации, могут быть образованы комбинацией (совокупностью) простых форм, и число таких комбинаций не ограничено. Часто такие кристаллы состоят из сростков беспорядочно ориентированных отдельных кристаллических зерен. [c.242]

Установки плазменного нагрева применяются в металлургической и химической промышленности, сварке и резке, физических исследованиях, а также в некоторых технологических процессах, например, получении мелкодисперсных порошков и выращивании монокристаллов. [c.330]

В последней, VI главе, описаны опыты по выращиванию монокристаллов германия с равномерным распределением удельного сопротивления по сечению слитка, бездислокационных и с малой плотностью дислокаций монокристаллов. Экспериментальный материал получен на лабораторных и промышленных установках. Шестая глава написана на основе отчетов лаборатории тепловых режимов вакуумных агрегатов. [c.6]

Выращивание монокристаллов в промышленных установках ведется в условиях, при которых в расплаве имеют место неравномерные температурные и концентрационные поля. Возникающая ири этом локальная неоднородность свойств расплава и, в частности, неоднородность его плотности при наличии гравитационных и центробежных сил служит наравне с вращением кристалла и тигля дополнительной причиной, вызывающей движение расплава. [c.23]

При выращивании монокристаллов соблюдали все требования, предъявляемые в промышленных условиях. Из рабочего пространства печи откачивали воздух, включали нагреватель и после того, как материал в тигле расплавлялся, хорошо прогретую затравку опускали в расплав. Вместе с затравкой оказывались опущенными в расплав и собранные в кварцевых чехлах термопары. Их перемещение продолжалось до тех пор, пока чехлы с термопарами не упирались в дно тигля. С этого момента кварцевые чехлы оставались неподвижными в то время, как затравка могла свободно перемещаться до уровня расплава, так как диаметр верхнего вала был меньше внутреннего диаметра кварцевого кольца. Момент, когда опущенная затравка оказывалась хорошо смоченной расплавом, считали началом опыта. [c.116]

Кристаллизацией называют процесс образования твердой фазы в виде кристаллов из раствора и расплавов, а также из газов и паров. Кристаллизация широко применяется в химической, нефтехимической, металлургической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности для решения следующих задач выделения кристаллической фазы из растворов и расплавов, разделения смесей при однократной или многократной частичной кристаллизации, глубокой очистки веществ от примесей, выращивания монокристаллов. Получение большого количества кристаллов в промышленном масштабе называют массовой кристаллизацией. В результате проведения массовой кристаллизации получают сыпучий продукт-кристаллы различного размера. [c.290]

Кристаллизация расплавов применяется в промышленности главным образом для их отверждения, фракционного разделения (включая очистку от нежелательных примесей) и выращивания монокристаллов. Каждый из этих процессов осуществляется своими технологическими методами с использованием различных аппаратов. [c.701]

Успешное развитие промышленности гидротермального выращивания монокристаллов в значительной степени связано с созданием соответствующей технической базы. К настоящему времени разработаны и широко применяются в производственной практике и исследовательских работах установки гидротермального синтеза различного назначения и характеристик. В силу специфики технологического процесса создание таких установок представляет самостоятельную масштабную задачу. [c.198]

Промышленность предъявляет требования не только к качеству монокристаллов, но и к их количеству. Поэтому все больше получают распространение способы массового выращивания монокристаллов. Разработанный нами дисперсионный способ выращивания монокристаллов [413], использующий явление рекристаллизации в суспензии, полностью соответствует этому требованию. [c.187]

Кристаллизацией называют процесс образования твердой фазы из раствора, расплава или непосредственно из паровой фазы вещества. В химической и смежных отраслях промышленности широкое распространение имеет кристаллизация из растворов. Так, ископаемые минеральные соли часто представляют собой смеси различных соединений. Их растворяют и затем при помощи обратного процесса - кристаллизации - выделяют нужное вещество за счет различной растворимости исходных компонентов при тех или иных технологических параметрах процесса. Кристаллизацию используют также для разделения смесей, глубокой очистки вещества от примесей, выращивания монокристаллов особо чистых веществ и т. п. [c.493]

ВЫРАЩИВАНИЕ МОНОКРИСТАЛЛОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕЛЕЙ [c.256]

VII. 121. Предельные скорости роста. В случае монокристаллов предельная скорость роста определяется одним из трех факторов 1) началом дефектного роста 2) началом поликристаллического роста 3) началом зародышеобразования в жидкой фазе. При росте кристаллов в промышленной кристаллизации третий фактор имеет, по-видимому, наибольшее значение. Скорость роста по большей части ограничена размножением кристаллов при столкновениях. Другими словами, скорость роста ограничена используемым пересыщением, а это пересыщение в свою очередь ограничено необходимостью снизить размножение кристаллов до приемлемого уровня, чтобы получать кристаллы не менее какого-то определенного размера. Уровень пересыщения достаточно низок для того, чтобы дефектный рост не играл такого большого значения, как в случае выращивания монокристаллов. [c.269]

Ясно, что конфигурациями, аналогичными изображенным на фиг. 5.1,а—д, можно воспользоваться и при выращивании в открытых лодочках (иногда такой способ называют методом Чалмерса) (фиг. 5.1,е и ж). В этом случае чаще пользуются горизонтальными, а не вертикальными печами. Превалирование монокристалла на границе раздела кристалл—расплав зависит от исходной ориентации зародившихся первыми кристалликов и наклона границ зерен между ними. Эти моменты так и не стали предметом сколь-либо подробного исследования в практике промышленного выращивания кристаллов по методу Бриджмена— Стокбаргера, потому что всегда можно эмпирически подобрать форму тигля, градиент температуры и скорость опускания тигля (или скорость охлаждения печи) так, чтобы во всех случаях добиться образования монокристалла или хотя бы крупных монокристальных участков в объеме тигля. Однако нужно иметь в виду, что в подобных случаях должно преобладать гетерогенное зарождение на стенках тигля, так что при прогнозировании ориентации зародышей могут оказаться полезными теории гетерогенного зарождения. Подобным же образом способны принести пользу при определении вероятности превалирования монокристальных зерен на поверхности раздела и теории, рассматривающие энергию границ зерен в зависимости от их ориентации. Само собой разумеется, что при выращивании кристаллов по методу Бриджмена—Стокбаргера можно было бы прибегать к специальному затравливанию, помещая монокристальную затравку в конце тигля и подбирая такой температурный профиль в печи, чтобы подобная затравка не расплавилась. Но экспериментально это часто выливается в утомительную процедуру, поскольку в обычной установке Бриджмена — Стокбаргера температура неизвестна и регулируется с недостаточной точностью а следить визуально за затравкой не позволяют непрозрачные тигли и стенки печи. Можно, конечно, сделать тигли и трубки из плавленого кварца и снабдить последние специальными желобками на поверхности для проволочных нагревателей сопротивле- [c.178]

Выращивание монокристаллов германия, кремния и ряда других веществ методом вытягивания из расплавов (рнс. 6.5, г) является в настоящее время наиболее распространенным при промышленном производстве больших монокристаллов с контролируемыми и воспроизводимыми свойствами. [c.292]

Здесь следует также остановиться на отдельных теориях включения частиц в кристаллическую решетку. Хотя значение этих теорий практически важно главным образом для выращивания монокристаллов, однако они могут оказаться полезными и при решении некоторых вопросов промышленной кристаллизации. [c.54]

Этим требованиям в достаточной степени удовлетворяет электродуговой плазмотрон, входящий в комплект промышленной установки плазменного выращивания монокристаллов тугоплавких металлов Монокристалл ПД-3 (рис. 4.6.9). Он состоит из вольфрамового катода 1 с держателем 2 и формирующего сопла 3. Вторым электродом плазменной горелки (анодом) служит выращиваемый монокристалл. Мощность такого плазмотрона составляет 30 кВт, которой достаточно для получения монокристаллов вольфрама диаметром 50 мм [11]. [c.451]

Несмотря на дополнительные трудности при выращивании монокристаллов, исследования физических основ процесса и, особенно, технологические и конструкторские разработки способа получения профилированных монокристаллов, направленные на внедрение способа в промышленность, существенно опередили работы по поликристаллическим изделиям. [c.13]

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ПРОФИЛИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ [c.110]

В последние годы все более широкое применение в промышленности получают монокристаллы сапфира, рубина, гранатов, ниа-батов и других тугоплавких соединений. Уже освоено выращивание способом Степанова профилированных монокристаллов ряда этих материалов. При этом наиболее эффективным оказалось использование смачиваемых расплавом формообразователей с применением капиллярных питателей. Впервые подобная схема выращивания профилированных кристаллов была осуществлена в работах А. В. Степанова с сотрудниками [19, 24, 215] (вариант D рис. 1), а затем усовершенствована в работе [27] в способе, названном позднее EF G [28]. [c.118]

Г е р м а н и й. По германию имеется наиболее богатый промышленный опыт выращивания монокристаллов способом Степанова (см. гл. 5). Он показывает, что наилучшим образом перечисленным выше требованиям отвечают материалы формообразователя на основе углерода при работе по схеме варианта В рис. 1. Монокристаллы германия различной формы с достаточно совершенной структурой и необходимыми электрофизическими параметрами получены с применением графитовых формообразователей [23, 214, 216, 217]. [c.122]

ПРОМЫШЛЕННОЕ ВЫРАЩИВАНИЕ ПРОФИЛИРОВАННЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ И ИХ СВОЙСТВА [c.149]

Применение профилированных монокристаллов диэлектриков и перспективы их дальнейшего использования. Широкое использование монокристаллов диэлектриков в разнообразных областях науки и техники основано на их особых физико-химических, диэлектрических, оптических, акустических свойствах. Ряд диэлектрических материалов используют в виде поликристаллических изделий, получаемых, в частности, методами порошковой металлургии. Это обусловлено отсутствием технологии выращивания монокристаллов для них или большими трудностями изготовления из монокристаллов изделий заданной формы. В то же время применение монокристаллов некоторых диэлектриков вместо поликристаллов часто приводит к улучшению свойств, на которых основано использование материала, повышению срока службы. В отличие от полупроводников монокристаллы диэлектриков используются не только в качестве активных элементов в приборах, но и в конструкционных целях, ювелирной промышленности и изделиях народного потребления. [c.228]

Получение р-ВЫ в виде крупных монокристаллов происходит с большим трудом — гораздо хуже, чем при синтезе алмаза. Поэтому ведутся широкие исследования как по созданию условий для выращивания крупных монокристаллов, так и по методам получения поликристаллических агрегатов. Синтез поликристаллического р-ВЫ из а-ВН уже освоен промышленностью в большом масштабе и инструмент из него также серийно выпускается. [c.148]

В лабораториях этой же фирмы в дальнейшем были проведены детальные исследования воздействия факторов внешней среды, условий роста на кинетику кристаллизации. Значительные исследования физико-химических условий синтеза кварца осуществлялись Р. Лодизом. Проведенные им работы позволили рекомендовать для проверки на опытном производстве большие скорости роста (до 5 мм/сут) при давлениях порядка 200 МПа при выращивании кварца на затравках базисного среза. Однако практического использования такая рекомендация не получила, так как опыт выращивания кристаллов пьезокварца нужного качества показал, что оптимальные скорости роста должны иметь на порядок меньшую величину. Помимо непосредственного вклада Р. А. Лодиза в разработку промышленного производства синтетического кварца необходимо отметить его большую популяризаторскую деятельность написано значительное число научно-популярных статей и монографических работ по синтезу монокристаллов, в том числе по искусственному получению кристаллов кварца. [c.16]

Выпускаемые промышленностью установки по выращиванию высокотемпературных монокристаллов методом ГНК требуют охлаждения водой с жесткостью не более 3,5 мг/л при содержании 170 [c.170]

Выращивать кристаллы в однокомпонентной системе по многим причинам предпочитают из расплава. По существу такое выращивание представляет собой контролируемую кристаллизацию, т. е. более простой и легче управляемый процесс, нежели другие методы выращивания. По-видимому, рост по механизму жидкость— кристалл (ЖК) представляет собой самый распространенный процесс промышленного выращивания монокристаллов. Этот метод начали изучать раньше других (не считая кристаллизации из водных растворов) и исследовали, по-видимому, интенсивнее всего. Может показаться, что метод выращивания из расплава способен удовлетворить все потребности ученых и практиков в кристаллах, но это, разумеется, неверно, так как многие вещества не удается выращивать из их собственных чистых расплавов. Это может объясняться следующими причинами [c.174]

Области применения плазнотронов весьма широки. Это — химическая промышленность, где высокая температура плазмы позволяет проводить реакции в газовой фазе с большой скоростью и полнотой металлургия — плавление и переплав металлов, сварка и резка металлов, особенно цветных и тугоплавких скоростное бурение горных пород напыление — плазменное нанесение антикоррозионных, жаростойких и износостойких покрытий стен-дьл для испытаний материалов на ударные тепловые нагрузки, получение особо чистых порошков и выращивание монокристаллов. [c.243]

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]

Л1М, с углом наклона конической части 30---45°. Выращивание монокристаллов осуществляли на промышленных печах в вакууме [133,3 кн/м lO (10 мм рт. ст.)] и в атмосфере инертного газа с избыточным давлением среды 30—40 кн м (0,3—0,4 ат). Эффективность экрана оценпвали непосредственным сопоставлением плотности дислокаций в кристаллах, полученных в различных тепловых условиях. Кроме того, при выбранных параметрах выращивания в двух-трех кристаллах измеряли температуры, используя при этом методику, изложенную в главе V. Из опытных данных определяли темп охлаждения слитка [см. (V.6)]. Сравнением этих величин, полученных для кристаллов, выращенных в различных условиях, можно было установить эффективность теплового экранирования, т. е. по скорости охлаждения слитка оценить увеличение или уменьшение теплообмена кристалла с окружающей средой. [c.220]

Выращивание монокристаллов различных веществ берет свое начало с работ по синтезу минералов, которые были первоначально связаны с рещением вопросов природного минералообра-зования. К настоящему времени создана мощная индустрия синтеза кристаллов. Первичный синтез минералов вырос до промышленной технологии благодаря обогащению минералогической практики достижениями кристаллохимии, физикохимии, физики твердого тела, химической технологии и др. [c.3]

Во ВНИИСИМСе в 1974 г. на основе методики, разработанной в Институте кристаллографии (ИК)АН СССР, была завершена разработка промышленной технологии выращивания монокристаллов иттрий-алюминиевого граната с эрбием на установках Протон-1 со средним выходом ювелирного материала с одного цикла 0,315 кг. В 1975 г. была разработана и внедрена в промышленное производство технология выращивания ювелирного граната розового цвета на установках типа Сапфир-1М со средним выходом кондиционного сырья за цикл 0,950 кг. В последующие годы в результате совершенствования технологии выход пригодного для огранки материала превысил I кг. [c.176]

Выращивание монокристаллов германата висмута со структурой эвлитина В140ез012 методом Чохральского описано в [336]. Предложенная технология может быть использована при промышленном производстве кристаллов, находящих все более широкое применение в ядерной физике, физике высоких энергий и др. областях и технике при быстро растущем на них спросе на мировом рынке. Влияние условий выращивания монокристаллов германата висмута Б14Сез012 на их сцинтилляционные параметры показано в работе [337]. [c.296]

Позднее, на основе работы Андреева была решена задача скоростного выращивания монокристаллов сегнетовой соли в промышленных условиях путем вращения затравочного кристалла в пересыщенном растворе [48]. Этот метод быстрого выращивания крупных и внутренне однородных кристаллов в настоящее время находит все большее применение [125—127]. [c.97]

На базе разработки научных основ способа конструируются установки для выращивания профилированных кристаллов. При конструировании тепловых технологических зон применены современные теплофизические методы исследований теплообмена и моделирования теплового поля в кристаллизаторе. Найдены условия, определяющие выбор между формообразователями, смачиваемыми и не смачиваемыми расплавом, выполнена работа по поиску материалов формообразователей, химически инертных к расплавам, отработана технология выращивания профилированных монокристаллов из-под флюса. В результате разработаны установки для промышленного выращивания профилированных кристаллов германия, кремния, сапфира разных форм. Уже на стадии отработки оборудования показано, что выращенные кристаллы могут найти применение в разных отраслях науки и техники. Например, ленточный кремний — для солнечных фотоэлектропреобразователей, сапфировые трубки — в качестве важной детали натриевых ламп высокого давления и т, п. [c.255]

Жвирблянский В. Ю. Требования при конструировании промышленной аппаратуры для выращивания монокристаллов по методу Чохральского. — Цветные металлы, 1970, № 9, с. 33—35. [c.269]

Важной проблемой в области синтеза алмаза является разработка метода выращивания кристаллов, пригодных для ювелирной промышленности. В 1970 г. удалось впервые вырастить монокристаллы алмаза сбвер-шенной огранки и чистой воды размером 6 мм. Они были неотличимы от природных алмазов, из которых изготовляются бриллианты. Их получили в очень сложной аппаратуре, поддерживая с большой тщательностью постоянными давление и температуру в течение почти недельного срока. Стоимость такого синтетического алмаза оказалась в 6—8 раз больше природного алмаза аналогичного качества. Таким образом, в настоящее время синтез ювелирных алмазов — проблема для практического использования нерешенная. [c.144]

Получение различных монокристаллов (металлов, полупроводников, диэлектриков) путем разращивания затравочного кристалла в строго контролируемых условиях по сравнению со спонтанным кристаллообразованием предпочтительно. Не составляет исключения и фторфлогопит. Из всех выращиваемых в настоящее время кристаллов, используемых в производстве в промышленных масштабах, фторфлогопит KMgз[AlSiзOlo]F2 наиболее сложен как по составу, так и по технологическим особенностям выращивания. Присутствие в шихте большого количества фторидных соединений, летучих при повышенных температурах, высокая вязкость фторсиликатного расплава, способность слюды разлагаться при нагревании задолго до достижения температуры плавления, совершенная спайность минерала — вот далеко не полный перечень сложностей, с которыми приходится сталкиваться при выращивании фторфлогопита на затравку. Для его выращивания опробованы расплавные методы Чохральского, Киропулоса, Степанова и другие, отвергнутые ранее как бесперспективные. В первую очередь здесь сказывается высокая летучесть фторидных компонентов шихты, что приводит к нарушению стехиометрического состава расплава уже в первые часы синтеза. Различные варианты состава атмосферы в кристаллизаторе (восстановительная, инертная, окислительная) в широком диапазоне давлений не вносят существенных изменений в процесс разложения расплава. [c.51]

Одно из основных условий выращивания высококачественных кристаллов — прецизионное управление температурой в зоне роста. Существуют активные (прямой контроль) и пассивные (косвенный контроль) системы контроля температуры. К первым относятся системы с термопарами и пирометрами, ко вторым — системы контроля по напряжению, току или мощности электропитания, подаваемого на нагреватель. В настоящее время не известно примеров реализации систем прямого контроля температуры в зоне роста на промышленном оборудовании по выращиванию высокотемпературных монокристаллов методом ГНК. На установках Протон-1 , СГВК, а также Сапфир-2М контроль и стабилизация температуры осуществляются по напряжению. Источник питания нагревателя в автоматическом режиме представляет собой стабилизатор напряжения. Недостаток этой схемы заключается в том, что при коротком замыкании нагревателя на корпус установки ток на выходе стабилизатора неконтролируемо возра- [c.169]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология