Монокристаллов кристаллов бестигельным методом

Как уже отмечалось, условия роста, приводящие к образованию кристаллов, ограненных медленно растущими гранями, обеспечивают получение однородных кристаллов. Ограненные полиэдрические кристаллы можно получить только в условиях свободного роста, т. е. когда растущий кристалл со всех сторон равномерно питается атомами кристаллизующегося вещества при подобных условиях пересыщения возможно образование предельно простой формы. Однако во многих технологических процессах, как например, при направленной кристаллизации, форма кристаллов определяется условиями теплоотвода или искусственно создаваемым направленным потоком атомов кристаллизующегося вещества. В этих случаях получают монокристаллы, не обладающие характерной полиэдрической формой. Так, при кристаллизации методом бестигельной зонной плавки или при направленной кристаллизации в цилиндрическом тигле кристаллы могут иметь цилиндрическую форму. [c.243]

Для выращивания монокристаллов ферритов бестигельной зонной плавкой используют, как правило, вертикальный вариант метода, при котором в иоликристаллическом ферритовом стержне с помощью источника локализованного нагрева создается узкая зона расплава. Эта зона удерживается силами поверхностного натяжения, действующими между расплавом и двумя твердыми поверхностями. При перемещении источника нагрева вдоль ферритового стержня (обычно снизу вверх) расплавленная зона передвигается и таким образом осуществляется направленная кристаллизация. Обычно скорость роста кристаллов составляет несколько миллиметров в час. [c.140]

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]

Для того чтобы совместить чистоту бестигельного метода и возможность контроля структурного совершенства монокристаллов, вытягиваемых по методу Чохральского, были предложены различные варианты вытягивания из капли или нз лужи . Используя установку для бестигельной зонной плавки (рис. 6.10, в), закрепим на нижнем штоке 1 слиток 2, например, кремния, достаточно большого диаметра и оплавим его верхний конец на такую глубину, чтобы расплав 3 удерживался силами поверхностного натяжения. К верхнему шкоту 5, снабженному механизмом вытягивания, крепится монокристаллическая затравка 4. Применяя методику выращивания бесдислокационных кристаллов, можно выращивать монокристаллы небольшого диаметра, обладающие высокой чистотой и структурным совершенством. По мере вытягивания необходимо постепенно подавать заготовку в зону нагрева с такой скоростью, чтобы объем расплава оставался постоянным. Подбор скорости введения слитка в зону расплавления является наиболее трудной операцией. [c.304]

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]

При выращивании монокристаллов широко используют однопроходную зонную перекристаллизацию, особенно бестигельные варианты, позволяющие устранить контакт растущего кристалла со стенками контейнера. Преимущество использования для выращивания монокристаллов зонной перекристаллизации по сравнению с методами нормальной направленной кристаллизации заключается в том, что в одном аппарате можно совместить кристаллизационную очистку или выравнивание состава с выращиванием совершенных кристаллов. В первом случае используется многократное движение расплавленных зон в одном направлении, во втором — во встречных направлениях или в одном направлении, но с использованием образцов кольцеобразной формы. [c.58]

В настоящее время методом бестигельной зонной плавки выращивают монокристаллы гексаферрита бария, ортоферритов и феррогранатов. Качество выращенных кристаллов в значительной степени будет также зависеть от температурного поля в расплаве, температурных колебаний в расплаве, вызванных нестабильностью работы источника нагрева, и давления газа над расплавом. [c.140]

Остановимся более подробно на способах приготовления подложек для выращивания пленок феррогранатов. К настоящему времени получены немагнитные гранаты с параметрами решетки в интервале 1,22 4-1,26 нм (рис, 5.6), При этом совпадение постоянных решеток подложек и пленок обеспечивается либо изменением состава пленок, либо использованием подложек твердых растворов гранатов. Наиболее широкое применение получили подложки из галлий-гадолиниевого граната Gd3GasOi2 (ГГГ), Монокристаллы этих подложек выращивают методом Чохральского или бестигельной зонной плавкой. Затем кристаллы дополнительно ориентируют и разрезают алмазной пилой на пластины толщиной 0,5—1,0 мм, которые подвергают механической полировке с применением алмазных абразивных паст (размер частиц изменяется от 20 до 0,5 мкм). Окончательным этапом механической обработки является полирование оксидом хрома или диоксидом кремния с размером частиц менее 0,5 мкм, [c.174]

Основным недостатком бестигельной зонной плавки является трудность управления величиной температурного градиента, формой фронта кристаллизации и условиями затравления. Это приводит к тому, что выращенные монокристаллы обладают довольно высокой плотностью дислокаций и неравномерным распределением примесей по сечению кристалла. Выравнивание формы фронта кристаллизации за счет быстрого вращения обеих частей кристалла значительно улучшает характер распределения примесей и однородность кристалла, однако плотность дислокаций остается высокой (10 —10 см ). Главным преимуществом этого метода является возможность получения материалов очень высокой чистоты. [c.303]

Высокие температуры плавления и высокие значения давления диссоциации многих соединений вызывают большие трудности при изготовлении монокристаллов с контролируемыми свойствами методами выращивания из расплавов. Основными препятствиями являются выбор материала для изготовления контейнера для расплава, а также необходимость проведения процесса выращивания монокристаллов в атмосфере паров летучего компонента под строго фиксированным и постоянным давлением. Первое затруднение можно преодолеть, применяя метод бестигельной плавки. В отнощении создания атмосферы паров летучего компонента следует отметить следующее. Определение равновесных значений парциальных давлений паров при диссоциации веществ, плавящихся при высоких температурах, является в большинстве случаев крайне сложной операцией, осуществляемой косвенными методами, а потому сопряженной со значительными ошибками измерений. Например, для давления паров фосфора над расплавом фосфида галлия в литературе приводятся значения, которые рознятся на 10—15 ат, при наиболее вероятном давлении паров фосфора, равном 25 ат. Кроме того, давление паров резко изменяется при изменении температуры (в простейшем случае по экспоненциальному закону), что требует очень тщательной стабилизации температуры источника паров и расплава. Действительно, в случае сильно диссоциирующего соединения при любом отклонении от условий равновесия расплава с паровой фазой состав расплава изменяется. Большинство соединений имеют довольно значительные отклонения от стехиометрии, а изменение стехиометрии чистого расплава вызывает изменение состава кристалла и, следовательно, его свойств. Рассмотрим участок диаграммы состояния вблизи точки плавления соединения (при р = onst рис. 6,28). [c.335]

Во многих случаях при выращивании монокристаллов GaAs методами Бриджмена, бестигельной зонной плавкой и из паровой фазы получали по-луизолирующие кристаллы, в которых концентрация носителей составляет менее 10 Свойства [c.471]