Монокристаллов кристаллов методом зонной плавки

Для компенсации изменения состава в расплав добавляют такое количество поликристаллического материала, которое вытягивается в виде монокристалла [157]. Если представить себе это как метод, в котором один слиток вытягивается, а другой погружается в расплав (и растворяется), то нетрудно заметить, что он в принципе очень напоминает зонную плавку или метод вытягивания на пьедестале по Хорну. Однородные кристаллы получают и методом плавающего тигля [158—160. В данном случае небольшая часть расплава, из которого вытягивают кристалл, отделяется от основного объема расплава [c.40]

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]

В качестве объектов исследования были выбраны монокристаллы цинка, кадмия, олова и некоторых других металлов высокой степени чистоты — с содержанием основного металла 99,99—99,999%. В ряде случаев для сопоставления были использованы также металлы технической чистоты и специально легированные материалы, содержащие малые присадки других металлов. Проволоки из перечисленных металлов диаметром 0,5—1 мм были получены продавливанием сквозь матрицы. Последующее выращивание из таких поликристаллических проволок монокристаллов проводилось методом зонной плавки [4]. Получение кристаллов заданной ориентации достигалось привариванием монокристальной затравки [140]. [c.146]

При более детальном рассмотрении можно показать, как от вида атомов примесей, их валентности и характера размещения в кристалле зависит тип и величина проводимости и многие другие свойства полупроводников. Зная, каким образом примеси влияют на свойства полупроводников, можно получать полупроводники с заданным сочетанием свойств, сначала более тщательно очищая полупроводники от примесей, а затем вводя в них необходимые примеси в определенных количествах. При этом первоначальная очистка должна быть очень высокой. Например, для кремния или германия общее содержание примесей должно быть уменьшено до —10 %. Такая степень очистки стала возможной в результате разработки новых методов ее метода многократной кристаллизации из расплава путем последовательного расплавления кристалла и вытягивания из расплава нового монокристалла (рис. 52) и метода зонной плавки (с. 344). [c.146]

Одно из основных преимуществ метода деформация — отжиг состоит в том, что можно получать монокристаллы карбидов, состав которых близок к стехиометрическому. Методом зонной плавки обычно получают кристаллы с дефицитом углерода. Оба этих метода позволяют получать ненапряженные кристаллы хорошего качества. [c.25]

Сравнительно новые кристаллизационные методы — различные варианты кристаллизации и перекристаллизации из расплавов, вызванные к жизни повышенными требованиями последних лет к чистоте веществ и совершенству их структуры и субструктуры. Это — метод нормальной направленной кристаллизации (по Бриджмену) и метод вытягивания из расплава (по Чохральскому). Среди кристаллизационных методов глубокой очистки наиболее совершенны и прогрессивны методы зонной плавки. Отличительная особенность этих методов — высокая эффективность применения к очистке и выращиванию монокристаллов полупроводниковых материалов. В этом случае преодоление конструкторских и технологических трудностей вполне себя оправдывает. Однако в наши дни можно наблюдать все более широкое применение этих методов для очистки и получения кристаллов многих неорганических и органических веществ, в том числе почти всех технически важных металлов, и даже для очистки некоторых более сложных веществ, например хинонов, альдегидов, энзимов, жиров, бактерий, бактериофагов и планктонов, а также для разделения изотопов. Поэтому актуальным становится дальнейшее совершенствование методов и аппаратов кристаллизационной очистки. [c.10]

Метод зонной плавки идеально пригоден для производства монокристаллов. В нескольких словах его можно описать следующим образом. Чистый слиток требуемого материала помещают в тигель так, чтобы один конец слитка находился в контакте с плоской гранью затравочного кристалла. Затем расплавляют какой-либо участок слитка и двигают расплавленную зону по направлению к затравочному кристаллу. Когда расплавленная зона коснется затравки, движение зоны приостанавливается на короткий момент, а затем возобновляется, но в обратном направлении. После этого оканчивается рост монокристалла на затравке. Этим методом легко получаются монокристаллы германия диаметром около 25 мм и длиной около 300 мм. [c.211]

При кристаллизации из растворов в расплаве возможен особый тип зонной плавки. Он основан на том, что растворимость вещества в растворе расплава изменяется с температурой. Расплавленный растворитель находится между двумя частями кристаллизуемого вещества, которые поддерживаются при различных температурах одна выше точки плавления растворителя, а другая ниже точки плавления кристалла. Тогда кристаллическое вещество с высокотемпературной стороны будет растворяться, а с низкотемпературной — расти. В результате расплавленная зона перемещается через слиток к более горячему концу, причем движение ее обусловлено разницей в растворимости при двух температурах. Такой способ называют методом зонной плавки стем-пературным градиентом [178] . Если на более холодном конце поместить затравку, то удается вырастить монокристалл. Ясно, что получаемые кристаллы будут содержать некоторое количество растворителя, и процесс фак- [c.43]

Новым этапом в развитии неорганического синтеза явилась разработка методов, обеспечивающих определенное состояние (например, кристалл-стекло), структуру (например, монокристалл—поликристалл), высокую степень чистоты и т. д. Сюда относятся разнообразные методы получения монокристаллов, включающие различные способы кристаллизации из расплавов, метод химических реакций переноса через газовую фазу (транспортные реакции), зонная плавка и многие другие. [c.59]

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]

Важными этапами в развитии X. т. т. явилось создание совр. методов выращивания монокристаллов больших размеров (см. Монокристаллов выращивание) из расплава, из перегретых водных р-ров (см. Гидротермальные процессы), разработка процесса выращивания по механизму пар - жидкость -кристалл, методов зонной плавки кристаллов, методов управления св-вами кристалла путем наложения при его выращивании магнитных и электрич. полей. Значительное месго в Х.т.т. занимает получение и исследование св-в пленок и покрьттий. [c.262]

О способе плавления с электродуговым или электронно-лучевым подводом энергии см. ниже. При получении монокристаллов интерметаллическнх соеди- ений, плавящихся конгруэнтно, в принципе применимы такие же методы, которые используются при выращивании кристаллов чистых металлов, включая метод зонной плавки (т. 1, ч. I). В связи с возрастающим значением фнзиче- ских измерений, проводимых на монокристаллах интерметаллических соеди-яений, в виду их широкого технического использования имеется довольно обширная литература как по общим вопросам, так и для отдельных групп соединений. [c.2155]

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]

Теоретические кривые распределения концентрации для различных значений /Сэфф показаны на рис. 6.25 (для значения С,-=1). Из рисунка видно, что чем меньще значение коэффициента распределения, тем равномернее распределение примеси по длине кристалла. На рис. 6.26 представлено распределение легирующей примеси (сурьмы) в монокристаллах германия, выращенных по методу Чохральского (а) и методом зонной плавки (б) при легировании первой зоны. [c.331]

В методе Вернейля среда, в которой происходит кристаллизация, определяется свойством пламени и несколько изменяется от более окисляющей до более восстанавливающей в остальном условия кристаллизации достаточно хорошо фиксированы. Главная особенность метода Вернейля —кристалли-злдия расплава на вершине самого кристалла —сохраняется при любых способах нагрева. Однако при использовании индукционного нагрева или дуговой печи можно точно управлять составом кристаллизационной среды. Регулировать состав среды можно и при других методах кристаллизации. Если вещества устойчивы и характеризуются малым давлением пара, то процесс обычно ведут при атмосферном давлении инертного газа или в вакууме. Кристаллы веществ, склонных к испарению или разложению, выращивают в условиях, когда испарение (разложение) предотвращается или значительно замедляется. Так, например, испарение уменьшается при больших давлениях инертного газа. Этот прием был использован при выращивании монокристаллов селена по методу зонной плавки [137]. [c.37]

Методы очистки антимонида галлия разработаны еще недостаточно. Мало изучено и поведение примесей при его кристаллофизической очистке. В результате зонной плавки получается материал, содержащий примеси, природу которых определить не удается. Вследствие этого зонную плавку антимонида проводят только с целью гомогенизации образцов. Для этого достаточно 2—4 прохода зоны во встречных направлениях со скоростью менее 2 см/ч. Монокристаллы антимонида выращивают по методу Чохральского в атмосфере водорода на обычных установках. Выращивание из расплава, обогащенного сурьмой, дает монокристаллы более высокого качества. По-видимому, избыток сурьмы способствует получению более стехиометрических кристаллов, а также, возможно, изменяет коэффициент распределения примеси, который в обычном расплаве близко к единице. [c.276]

Зонную плавку, по-видимому, считают в основном методом очистки. Для этой цели она впервые была использована Пфанном в 1952 г. [81] и с тех пор является основным методом очистки полупроводников. Мы не будем останавливаться на вопросе о применении зонной плавки для очистки. В этом аспекте метод подробно освещен в многочисленных статьях, обзорах и в прекрасной книге [81]. Но зонная плавка может использоваться как метод выращивания монокристаллов, и даже в процессе очистки часто образуются монокристаллы. Движующуюся зону применяли для получения монокристаллов Капица [22] и позже Андраде и Роско [23]. Роль зоны сводилась при этом (и до сих пор сводится при выращивании кристаллов) к образованию градиента температуры вблизи границы роста. На долю же Пфаннз [c.219]

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]

Зонная плавка, впервые предложенная в 1952 г. Пфанном [69], состоит в образовании относительно короткой расплавленной зоны в бруске или, как его обычно называют, слитке твердого вещества. Расплавленную зону перемещают вдоль бруска при этом во время прохождения границы расплав — кристалл вдоль бруска создаются условия для сегрегирования примесей между зонами расплава и твердого вещества. Принципиальная схема прибора горизонтальной зонной плавки, приспособленного для образования монокристалла из зародыша, изображена на рис. 37. Характерное различие между зонной плавкой и процессом обычного вымораживания, который имеет место в методе Бриджмена — Стокбарджера, состоит в том, что в первом случае в любой момент времени бывает расплавлена только часть твердого вещества этим обеспечиваются условия, при которых избирательное сегрегирование примесей при неоднократном прохождении расплавленной зоны можно использовать для полного их удаления в процессе кристаллизации. [c.234]

Ноими и сотр. [5241 разработали лабораторный метод получения монокристаллов германия восстановлением ОеОг в атмосфере водорода с последующей очисткой зонной плавкой. Ориентированные кристаллы германия получены из газовой фазы в результате термического разложения ЪеН4 [525]. Известны и другие способы очистки германия [424, 432, 434, 439, 461, 466, 52 -533]. [c.414]

Монокристаллы PbS, PbSe и РЬТе были получены в вертикальных тиглях [24], а кристаллы GaAs были выращены в горизонтальной лодочке, запаянной в кварцевый контейнер при давлении As, равном нескольким миллиметрам ртутного столба [25], Монокристаллы Ge специальных форм выращиваются в графитовых изложницах. Кристаллизация в лодочках занимает важное место в производстве германия, так как процесс имеет много общего с очисткой зонной плавкой и активацией методом зонного выравнивания. [c.187]

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]

Если желают получить зерна очень большого размера и совершенной формы, то используемая для этих целей техника имеет свои отличия. Методы выращивания кристаллов — предмет многочисленных исследований — позволяют получить монокристалл или путем простой кристаллизации, или посредством гидротермального синтеза, или же кристаллизацией из расплава при высокой температуре (метод Вернейля или Чохральского, зонная плавка и т. д.), или даже с помощью весьма специфических механизмов, таких, например, как химический транспорт [14]. Работа [15] содеришт обзор применяемых методов. Монокристаллы можно приготовить даже из таких тугоплавких веществ, как окислы FeO, NiO, СоО или СаО [16—19], а также монокристаллические стержни NiO или MnFea04 [20], механическая обработка которых достаточна для получения образца нужной формы. Для некоторых классов веществ с интересными пьезоэлектрическими или оптическими свойствами этот способ изготовления стал общепринятым. [c.194]

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]

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]

Получение InSb основано на синтезе из чистых веществ в кварцевых ампулах в атмосфере инертного газа. Монокристаллы получают методами Чохральского и Бриджмена. Зонная перекристаллизация поликристаллов мало эффективна, так как примеси концентрируются по границам зерна. При зонной плавке монокристалла в чистейшем водороде акцепторные примеси скапливаются в начале слитка, а доноры — в его конце. Максимальную чистоту InSb имеет в середине слитка. Коэффициенты распределения многих примесей сильно зависят от направления роста кристалла. Если направление роста кристалла совпадаете кристаллографической плоскостью (111), эффективный коэффициент распределения теллура на InSb составляет 0,6. При тех же условиях зонной перекристаллизации на других кристаллографических плоскостях эффективный коэффициент распределения теллура, достигает 4,0. [c.134]

Наиболее удобный метод для получения монокристаллов 2п5Ь — это использование зонной плавки с применением затравочных кристаллов. Введение затравки позволяет резко увеличить скорость протекания перитектической реакции и сделать ее сравнимой со скоростью прохождения расплавленной зоны. [c.215]

Зонную плавку, о которой уже говорилось в связи с очисткой веществ, также можно использовать для выращивания монокристаллов. Впервые ее применили для приготовления монокристаллов висмута [126], а позднее с большим успехом для кристаллизации германия [127] и других полупроводниковых материалов. Недостаток горизонтальной зонной плавки — контакт с контейнером основное преимущество состоит в том, что выращивание кристалла сопровождается очисткой. Кроме того, это удобный метод выращивания легированных кристаллов. Контакт с контейнером устраняется в одном из вариантов с вертикальным расположением контейнера, а именно в методе плавающей зоны, в котором узкая расплавленная зона поддерживается силами поверхностного натяжения. Этот метод применялся для выращивания кристаллов металлов, а также полупроводников. Способы нагрева — индукционный нагрев, электронная бомбардировка [128], оптические методы, связанные с использованием инфракрасного излучения от угольной дуги [129], плазменного факела [130] или кинолампы. Однородность кристалла улучшается, если поддерживающие расплавленную зону стержни вращаются [131]. [c.36]

Тот факт, что слоистое распределение примесей хгаблюдается в монокристаллах широкого круга веществ (ионные кристаллы, полупроводники, металлы) при вырапщва-пии различными методами (направленная кристаллизация, горизонтальная и вертикальная зонная плавка, методы Чохральского, Вернейля [c.95]

Смотреть страницы где упоминается термин Монокристаллов кристаллов методом зонной плавки: [c.336] [c.148] [c.96] [c.96] [c.29] [c.178] [c.283] [c.190] [c.29] [c.230] [c.290] [c.175] [c.238] [c.221] [c.70] [c.33] [c.30] [c.128]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология