Примеси рост кристаллов

В процессе электролитического роста кристаллов большую роль играет адсорбция органических веществ, которые специально добавляются в раствор или присутствуют в нем как посторонняя примесь. [c.334]

Скорость роста кристалла будет определяться следующими факторами 1) скоростью образования зародышей кристаллизации и 2) скоростью отвода тепла от фронта кристаллизации так, чтобы температура в нем не превышала температуры плавления растущего центра кристаллизации. Практически в любом расплаве присутствуют примеси, которые влияют на скорость роста и чистоту кристалла. Реальные процессы кристаллизации всегда связаны с относительно большими скоростями роста так, что равновесие между расплавом и растущим кристаллом не успевает устанавливаться, т. е. оттесняемая от фронта кристаллизации в расплав примесь (при < 1) не успевает равномерно распределяться по всему объему жидкости, и концентрация примеси у границы раздела возрастает (рис. 47). Таким образом, кристалл растет из слоя расплава, обогащенного примесью, причем это обогаще- [c.84]

Число атомов К во фторфлогопите, которое может быть замещено Na, Са, 5г, Сз или КЬ, без ухудшения условий образования и роста кристаллов слюды колеблется от нескольких сотых (Ма, Са) до 0,5 (ЯЬ) формульных единиц. Наиболее легко и полно К замещается близким по размеру ионом Ва + (к> 1 во всем интервале замещений). Активность вхождения изоморфных элементов Сз (КЬ), 5г и Ва зависит от их количества в расплаве, причем характер этой зависимости для разных элементов неодинаков. Для Ыа и Са коэффициент сокристаллизации изменяется незначительно во всем ряду замещений. Для составов, в которых изоморфная примесь по отношению к К имеет значения коэффициента сокристаллизации меньше единицы, температура плавления ниже, чем калиевого фторфлогопита. [c.23]

Выше говорилось о торможении роста кристаллов примесями. Однако известны и случаи увеличения скорости роста под влиянием примесей. Более того, одна и та же примесь может в малых количествах увеличивать скорость роста, а в больших — тормозить ее. Возможно, повышение скорости роста связано с уменьшением поверхностной энергии ступени (так называемой краевой энергии ступени) при адсорбции на ней примесей, так как известно, что адсорбция уменьшает поверхностную энергию. При этом уменьшается связанный с поверхностной энергией размер двумерного [c.51]

При росте кристалла из раствора с числом компонентов больше двух (в частности, при росте трехкомпонентных растворов растворитель — основное вещество М —примесь т) коэффициент распределения определяется как двойное отношение [c.55]

В отдельный сектор примесь может входить неравномерно на разных этапах роста кристалла, что приводит к его зональному строению. Главной причиной зональности являются колебания скоростей роста граней по тем или иным причинам, в первую очередь [c.57]

Рассмотрим вопрос о влиянии размера кристалла на его ско-)ость роста и растворения с точки зрения диффузионной теории 331, 332]. Пусть рост единичного кристалла происходит в условиях, когда концентрация и температура раствора, в котором находится этот кристалл, не меняются во времени. Кроме того, примем, что кристалл имеет форму шара (рис. 27) радиусом г и окружен диффузионным слоем толщиной б, не изменяющейся во времени. Обозначим концентрацию раствора на границе раздела кристалл — диффузионный слой Со, а на внешней границе диффузионного [c.86]

Эти вопросы более четко и обстоятельно освещены в книге Бакли Г. Рост кристаллов. ИЛ 1954, с. 154. Прим. ред. [c.305]

Скорость роста пропорциональна величине поля ц в степени 1/3. Скорость роста зависит от соотношения плотностей фаз. Если плотность жидкой фазы р меньше плотности твердой фазы рк, при росте кристалла появится дополнительный поток жидкости, направленный к кристаллу (5). Примесь, выделяющаяся при кристаллизации, и теплота фазового перехода идут против дополнительного радиального потока, условия их отвода от поверхности кристаллизации ухудшаются, что отражается в множителе р/рк для скорости роста. [c.273]

См. также работу Джексона в сб. Проблемы роста кристаллов . Мир, 1968. — Прим. перев. [c.246]

Если нужно создать большой градиент концентрации того или иного активатора (например, в полупроводниковых диодах), то определенные преимущества дает проведение низкотемпературного процесса, поскольку при низких температурах твердофазная диффузия пренебрежимо мала. Если взять затравку подложку), содержаш,ую примесь, и проводить выращивание в низкотемпературных условиях, то активатор станет диффундировать медленно, что приведет к значительному снижению его концентрации там, где начался рост. Большие концентрационные градиенты можно также создавать, вводя активатор в паровую фазу в процессе роста. Таким образом, парофазные процессы особенно полезны тогда, когда стоит задача наращивания тонких слоев с заданными свойствами. Этот способ носит название эпитаксиального ) роста кристаллов. [c.92]

Диффузия часто играет важную роль при росте кристаллов из многокомпонентных систем. Диффундирующий к растущей кристаллической грани материал может быть усвоен ею или отторгнут. Ясно, что растущая поверхность служит стоком для компонента, образующего кристалл. Она захватывает или оттесняет примесь или активатор в зависимости от того, больше или меньше единицы эффективный коэффициент распределения эфф- При выращивании из раствора или посредством химической реакции растворитель и продукты реакции, не участвующие в построении кристалла, отталкиваются поверхностью. В обоих случаях, как показано на фиг. 3.1, у поверхности раздела возникает такой градиент концентрации, что с удалением от границы раздела концентрация возрастает для вещества, усваивающегося растущим кристаллом, и убывает для отталкиваемых компонентов. Особенности распределения примеси или активатора в непосредственной близости от растущей поверхности зависят от наличия адсорбированного слоя и ряда других факторов и здесь нами не затрагиваются. Скорость диффузии опи- [c.94]

Рассмотрим зонную очистку твердой смеси, содержащей малое количество компонента В в компоненте Л, когда фазовая диаграмма подобна приведенной на рис. 2. Теоретически один проход зоны был бы достаточен для получения совершенно чистого Л вдоль всего бруска, кроме части, близкой к концу, которая содержала бы эвтектику. Однако в действительности вследствие захвата жидкости и несовершенного роста кристаллов такая система обычно ведет себя так, как если бы взаимосвязи между фазами были такими, как изображено на рис. 5. В процессе зонной очистки однородной смеси этого типа или типа, представленного на рис. 3, имеющего составы / (см. рис. 3 и 5), твердая фаза, осажденная позади зоны, содержит меньше В, чем жидкость, из которой вещество кристаллизуется. Таким образом, растворенное вещество В уносится с расплавленной зоной, и вновь закристаллизовавшееся вещество, которое остается позади зоны, содержит меньше примеси, чем исходное. Примесь быстро продолжает накапливаться в жидкости во время зонных проходов вдоль трубки до тех пор, пока состав жидкости не приблизится к V (см. рис. 3 или 5). Состав твердой фазы непосредственно позади зоны затем становится очень близким к первоначальному составу. В последней зонной длине кристаллизация обычно направленная, и вся примесь, собранная в расплавленной зоне, осаждается в этой зонной длине. Повторные зонные проходы обусловливают больший перенос компонента В вдоль образца. [c.22]

Распределяющийся компонент называют примесью, если он присутствует в системе в достаточно малых количествах. Интервал концентраций, в котором распределяющийся компонент можно считать примесью, зависит от природы системы. Верхняя его граница определяется минимальным количеством компонента, при котором он заметно влияет на свойства кристаллов, слабо связанные с их дефектностью (на параметры решетки, температуру плавления, растворимость, основное оптическое поглощение и т. д.). Нижняя граница совпадает с минимальным количеством примеси, при котором ее поведение можно описать законами статистики. Такой интервал охватывает концентрации от 10 до 10 мол. долей. В этом интервале можно выделить область микроконцентраций, в которой примесь не влияет также на структурночувствительные свойства твердой фазы (на скорость роста кристаллов, коэффициент само-диффузии, неосновное оптическое поглощение и т. д.). Верхняя граница этой области достигает 10 мол. долей, если примесь близка по свойствам к веществу, образующему твердую фазу, в противном случае она может снизиться до 10 —10" мол. долей. [c.7]

При росте кристалла распределение примеси вблизи границы раздела фаз зависит от соотношения скорости роста и интенсивности релаксационных процессов в приповерхностных зонах материнской и дочерней фаз. Релаксационные процессы в растворе (паре) протекают значительно быстрее, чем в кристалле. Слои 8 ж А приходят к равновесию с промежуточными скоростями, причем слой А значительно быстрее слоя 8, а слой 8 быстрее слоя Г. Поэтому если кристаллы растут со скоростью, соизмеримой со скоростью перехода примеси в слой А, то приповерхностная зона раствора приблизится к квазиравновесию, а релаксационные процессы в приповерхностной зоне твердой фазы пе смогут повлиять на захват примеси. В этом случае примесь будет накапливаться любым участком слоя А до тех пор, пока этот участок не окажется в непосредственном, контакте с тангенциально разрастающимся новым монослоем д . Затем адсорбированная примесь вступит во взаимодействие с торцом ступени, где каждую молекулу примеси окружат молекулы кристаллизанта, переводя ее в новое состояние, характерное для слоя Состав наросшего монослоя 8 не успеет измениться до момента его замуровывания новым монослоем, разрастающимся позднее, [c.70]

ЛОВ. Параметры могут меняться, если примесь чувствительна к дефектности -слоев, а равновесная разупорядоченность приповерхностной зоны кристаллов устанавливается медленно. Это может наблюдаться при быстром образовании твердых растворов замещения, при которых переход примеси в слой S возможен лишь при наличии вакансий, неравновесная концентрация которых зависит от времени старения этого слоя. При переходе примеси в междоузлия решетки, а также при медленном росте кристаллов изменением параметров mn и 5т можно пренебречь в стационарных условиях захвата. [c.79]

Из этой формулы следует, что при быстром росте кристалл захватывает всю примесь, которая находилась в области жидкой фазы, прилегающей к фронту кристаллизации, так как примесь не успевает перераспределиться в объеме расплава (рис. 4,2.4). В этом случае второй член суммы в правой части уравнения (4,3,8) стремится [c.113]

Метод непрерывной принудительной перекристаллизации. Множество затравочных кристаллов вводят в зону роста системы, в которой раствор (пар), содержащий примесь, циркулирует по замкнутому контуру, проходя зоны роста, растворения и пересыщения (см. рис. 6.5). В зоне растворения, где температура (или любой другой параметр, повышающий растворимость кристаллизанта) выше, чем в зоне роста, кристаллы, увлеченные потоком раствора, полностью растворяются. Раствор поступает в зону пересыщения, где охлаждается и становится пересыщенным. Далее в зоне роста происходит наращивание затравочных кристаллов, не унесенных потоком жидкости в зону растворения. Состав раствора в такой системе меняется вследствие роста и растворения кристаллов. С течением времени влияние процессов роста и растворения компенсируется, и система приходит к равновесию. [c.253]

Крегер [59, с. 15] объединил теории Холла и Бартона, Прима и Слихтера. По выдвинутой им теории примесный компонент распределяется между кристаллом с адсорбционным слоем и расплавом. При малой скорости роста кристаллов (/<С[1.) адсорбционный слой движется с той же скоростью, что и фронт кристаллизации. [c.46]

Из макроступеней развиваются макроспирали, обнаружение которых в микроскоп служит доказательством роли винтовых дислокаций в процессах роста кристаллов. Конец микроспирали можно рассматривать как сферу с очень маленьким радиусом кривизны (порядка 10 м). Диффузия к такой сфере оказывается очень быстрым процессом (см. 37). Если стадия разряда на конце спирали протекает о большой скоростью, то вершина спирали начинает расти быстрее, чем остальная часть кристалла. Это является одной из причин образования дендритов при электроосаждении металлов из водных растворов и расплавов. В процессе электролитического роста кристаллов большую роль играет адсорбция органических веществ, которые специально добавляются в раствор или присутствуют в нем как посторонняя примесь. [c.319]

При высоких скоростях роста кристаллы приобретают значит, число неравновесных дефектов (вакансий, дислокаций и др.). При превышении предела морфологич. устойчивости в объем кристаллов попадают трехмерные включения среды, замурованные между ветвями дендритов (окклюзия). Состав кристаллов из-за окклюзии приближается к составу среды тем больше, чем вьмне / . При своем росте кристаллы захватывают любую присутствующую в среде примесь, причем концентрация захваченной примеси зависит от скорости роста. [c.528]

Помимо указанных типов рельефа, на пинакоиде могут образовываться так называемые поверхности вырождения (см. рис. 18, б). Ориентировка этих поверхностей чаще всего близка к грани положительной дииирамиды Г121 . Основными известными в настоящее время причинами появления таких вырождений являются следующие пониженная щелочность раствора, высокие температуры выращивания, недостаточный массообмен, повышенное содержание примеси алюминия в системе. По мере нарастания кристалла такие поверхности образуют паразитные пирамиды, которые (вследствие того, что они гораздо сильней, чем основная пирамида (с), поглощают структурную примесь алюминия) резко контрастируют на рентгеновских топограммах (см. рис. 18, б) и хорошо визуализируются -облучением. Паразитные пирамиды представляют собой оптический дефект, и соответствующие им участки должны выбраковываться при разделке кристалла на изделия. Установлено также, что поверхности вырождения образуются преимущественно при длительном наращивании кварца и поэтому в основном приурочены к наружным (прилегающим к поверхности роста) участкам кристалла. Очевидно, их формированию, помимо указанных выше внешних причин, способствует также процесс огрубления акцессорного рельефа по мере роста кристалла. Увеличение размера акцессорий, которое, несомненно, происходит с увеличением длительности цикла выращивания, должно сопровождаться возрастанием крутизны их склонов, что [c.93]

Установлено, что технологические добавки к растворителю таких элементов, как 1п, Оа, 5п, Си и Т1 (массовое содержание которых составляет 0,5—5%), не влияют на электросопротивление образующихся монокристаллов алмаза, которое в этом случае имеет порядок не менее 10 " Ом-м. Наиболее существенное влияние на электрофизические характеристики алмаза оказывает примесь бора. Кристаллы, легированные бором, обладают р-типом проводимости, и их сопротивление в зависимости от условий роста может измeнять i в широких пределах. При изучении морфологии было установлено, что бор в отличие от азота интенсивнее захватывается пирамидами роста граней октаэдра, чем куба. Поэтому интерес представляет выяснение степени анизотропии сопротивления кристаллов, легированных бором. На рис. 165 показано, что наибольшей анизотропией (разница в электросопротивлении пирамид роста <111> и <100> достигает 5—6 порядков) обладают образцы, полученные в среде с массовым содержанием бора 0,5 %. Сближение значений сопротивления для различных [c.455]

Вместе с тем экспериментальные данные показывают, что при изотермическом снятии пересыщения не всегда происходит равновесное распределение примеси [25, 26]. Иногда примесь гетерогенно распределяется в объеме твердой фазы и соосаждение описывается формулой Дернера — Госкинса [12]. В других случаях при росте кристаллов твердой фазы имеет место гомогенное распределение примеси [27]. Имре [28] указывает, что весьма быстрая гомогенизация кристаллов и подчинение закону Хлопина характерны для хорошо растворимых солей при интенсивном их перемеши-ваиии. Известны также случаи, где соосаждение не описывается ни формулой Хлопина, ни формулой Дернера — Госкинса [20, 29—30]. [c.7]

Данное уравнение совпадает с полученным ранее (1.82 ) из феноменологических соображений и отражает эволюцию любого начального распределения кристаллов по размерам о к равновесному состоянию. Чтобы понять физический механизм, описываемый этим уравнением, примем распределение кристаллов по размерам V, которое в начальный момент времени имеет острый пик при V = Уо- Поскольку при кристаллизацпи имеет место систематический рост частиц, максимум этого распределения в последующие моменты времени сдвигается в сторону больших значений объема частиц. Кроме того, в результате флуктуаций скорости роста максимум постепенно смещается вниз и появляется конечная дисперсия распределения кристаллов по размерам. Картина, описываемая уравнением Фоккера — Планка согласуется с уравнением Ланжевена (3.1), рассматриваемым совместно со статистическими допущениями относительно Ло(т). Однако в (3.9) информация об изучаемом процессе представлена в значительно более компактной форме. [c.143]

Из приведенных зависимостей видно, что оба выражения имеют максимум при определенном значении Т, Поскольку в выражение (14.1.1.6) АТ входит в степени 2, то максимум для должен быть сдвинут в область более низких температур. Для специально поставленных опытов закономерности процесса кристаллизации, предсказываемые теорией, подтверждаются на трифе-нилхлорсилане (см. рис. 14.1.1.4). К сожалению, для большинства веществ расчет V, и Vg дает только качественное согласие с экспериментом, что связано с неопределенностью значений коэффициентов и энергий акгивации, входящих в выражения (14.1.1.6) и (14.1.1.7). В действительности характер поведения многих веществ на стадии кристаллизации очень различается. Большое влияние на образование зародышей и рост кристаллов оказывают примеси. Присутствие механических примесей в виде мельчайших (микронных или субмикронных) взвешенных частиц в расплаве может сдвинуть процесс кристаллообразования в сторону меньшего переохлаждения. Последнее объясняется в [78] тем, что работа образования зародышей на готовой поверхности раздела меньше, чем работа образования в гомогенном объеме расплава. В то же время механизм образования зародышей в присутствии растворимых примесей совершенно иной. Растворенные примеси препятствуют возникновению зародышей, поскольку основное вещество в данном случае стремится оттеснить молекулы примеси и на границе зародыша их концентрация возрастает, что и требует уже большей величины переохлаждения. Различное влияние примесь оказывает и на скорость роста кристаллов. Присутствие примеси в расплаве, как правило, приводит к снижению скорости роста за счет возникновения дополнительного препятствия [81, 82]. Иногда она оказывает катализирующее действие [83] за счет дополнительного увеличения удельной поверхности растущего кристалла или за счет возникновения концентращюнного переохлаждения вблизи его поверхности. [c.304]

Примеси, включенные в кристалл, могут влиять и на его рост и облик. Адсорбируясь как на дефектных местах кристалла, так и по всей его поверхности, примеси образуют неустойчивые смешанные кристаллы, способные к интенсивному растворению. В результате одновременно на одном и том же кристалле наблюдаются рост и растворение кристалла, в результате чего снижается скорость роста кристалла и искажается его форма. В том случае, когда сродство атомов примеси и основного вещества велико, примесь может включиться в процесс построения основного кристалла и образовать в массе последнего свой собственный кристалл. Такого рода параллельный рост двух крйсталлов приводит к тому, что возникают кристаллы алита с включениями, состоящими из мельчай-. ших кристалликов примеси. Растущий кристалл может захватить и просто механические примеси. Такие тонкодисперсные примеси, не дающие с основным веществом ни твердых растворов, ни химического соединения, очень часто наблюдаются в составе кристаллов алита и белита. [c.200]

Вклад второго члена дает малую поправку в граничные условия, т. е. процесс роста кристалла в каждом сечении колонки идет независимо от истории движения кристалла, каждый глубинный слой несет ту примесь, которую он захватил в том сечении колонки, где образовался этот рассматриваемый слой. Это справедливо тогда, когда скорость диффузии меньше скорости роста кристалла. Когда перепад концентрации примеси по пути движения кристалла велик, то и перепад концентрации примеси внутри кристалла может быть значителен, роль члена возрастает, кристалл не сохраняет память по слоям. В этом случае, если кристалл успевает быстро пройти кристаллизационную колонку, концентрация примеси внутри кристалла не успеет выравнить-ся, несмотря на значительные градиенты концентрации примеси. [c.265]

При нарастании полимолекулярных слоев примесь может попасть в объем кристалла не только после перехода в приповерхностную зону террас, но и непосредственно с торцов ступеней. Условия же сорбции торцами и террасами различны как из-за разной молекулярной конфигурации граней торцов и террас, так и из-за особенностей кинетики сорбции примеси торцами и террасами. Чтобы выявить эти особенности, рассмотрим захват примеси кристаллом, на поверхности которого имеется зшелон ступеней, образованных откладывающимися полимолекулярными слоями. Различные участки приповерхностной зоны торца каждой ступени находятся в разном состоянии. Участок у основания торца взаимодействует со слоем Фольмера соседней террасы (рис. 4.15) и при росте кристалла переходит непосредственно в объем твердой фазы. Участок в середине торца взаимодействует со средой и при росте кристалла также [c.86]

При медленной твердофазной диффузии, что типично для оствальдова созревания, вблизи центра каждого крупного кристалла находится сердцевина , содержащая примесь, захваченная кристаллом на стадии роста. Вокруг сердцевины нарастает кора кристаллизанта, отложившегося при созревании. Кристаллы промежуточного размера также имеют сердцевину и кору , последняя утолщается при росте кристаллов и утоньчается при его растворении вплоть до обнажения сердцевины . Изменение концентрации примеси в растворе определится разностью ее потока на растущие кристаллы (потока роста) и противотока с кристаллов при их растворении [c.156]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология