Монокристаллов кристаллов методом температурного градиента

VII.99. Метод температурного градиента. Другой метод выращивания кристаллов из расплава можно назвать методом температурного градиента. Температура расплава поддерживается либо равной температуре плавления, либо несколько выше. Кристалл закрепляют таким образом, чтобы его нижняя поверхность находилась в контакте с расплавом. Тепло отводится через кристалл, так что его поверхность в контакте с расплавом находится при температуре ниже точки плавления. По мере того как кристалл растет, оп вытягивается из расплава и его нижняя поверхность все время находится в контакте с поверхностью жидкости. При этом методе объем переохлажденного расплава ограничен очень малой областью, непосредственно прилегающей к поверхности кристалла. Возможность спонтанного зародышеобразования при этом уменьшается, и кроме того, любые возникшие кристаллиты будут опускаться в расплав и вновь растворяться. Затравочный кристалл обычно вырезается из большого монокристалла. [c.259]

Выращивание из расплава. В исходном, старом способе монокристалл выращивается в тигле или лодочке (рис. УИ1.49, а и с). Для создания затравки охлаждению подвергается острый край сосуда, чтобы возникло минимальное количество зародышей. Форма, показанная на рис. УИ1.49, Ь, предусматривает, что в случае возникновения нескольких зародышей только один прорастет в пробирку, как бы сквозь диафрагму, и вся масса в основной части пробирки закристаллизуется в монокристалл. Для выращивания кристаллов пробирки нагреваются в двухзонных печах с тем, чтобы регулировать степень охлаждения конца, где должен возникнуть зародыш (рис. УП1.49, й). Применяется также метод температурного градиента в однозонной печи (рис. УП1.50). [c.611]

Усилению напряжений способствуют различия в коэффициентах термического расширения молибденового контейнера и кристалла, а также неравномерность его охлаждения за счет теплоотвода через контейнер и сквозь массу прозрачного для инфракрасных лучей кристалла. Неравномерность распределения температур по кристаллу вызывает неодинаковое тепловое расширение различных его участков, их упругое взаимодействие и, как следствие, возникновение в кристалле напряжений. Неравномерность температурного поля при выращивании кристаллов методом ГНК исследовалась при синтезе рубина и лейкосапфира [5]. Оказалось, что вблизи фронта кристаллизации температурный градиент в кристалле составляет 6—7 К/см, В пяти сантиметрах от фронта кристаллизации температурный градиент возрастает до 19—21 К/см и остается постоянным на протяжении 10 см. Общий перепад температур достигает 250 К. Вероятно, эта цифра действительна и для монокристаллов граната, выращиваемых методом ГНК. [c.184]

Методом Чохральского выращивают достаточно крупные монокристаллы граната высокой оптической однородности, прежде всего для лазерной техники. К достоинствам этого метода следует отнести возможность визуального наблюдения за процессом выращивания кристалла, извлечения кристалла из расплава на любом этапе выращивания, изменения геометрической формы кристалла в процессе выращивания, автоматизации процесса выращивания кристалла. Недостатком метода Чохральского можно считать необходимость использования тиглей из дефицитного иридия. Кроме того, выращивание высококачественных кристаллов методом вытягивания из расплава требует прецизионного технического исполнения систем вытягивания и вращения кристалла, вращения тигля, стабилизации температурного режима, создания заданных градиентов температуры в зоне кристаллизации, особенно радиальных. [c.203]

Выращивание кристаллов путем конденсации паров предполагает наличие температурного градиента между источником пара, имеющего обычно более высокую температуру, и пространством, где происходит рост кристаллов. Температуры источника паров и кристалла являются важнейшими параметрами процесса роста, и скорость роста, которая определяется степенью пересыщения, можно легко контролировать путем подбора этих температур. Рост кристаллов происходит с заметной скоростью при степени пересыщения порядка 0,1% в то время как, согласно теории образования ядер, степень пересыщения должна была бы составлять несколько десятков процентов. Как уже говорилось, такое несоответствие объясняется наличием винтовых дислокаций или других дефектов на поверхности кристалла. Этим методом можно просто и эффективно выращивать монокристаллы многих металлов, неорганических и органических соединений. [c.204]

Наиболее простой из них —метод Бриджмена (рис. 95, а). Расплавленное вещество медленно охлаждают до температуры ниже температуры плавления при наличии такого температурного градиента, который способствует образованию зародышей вблизи дна тигля. Охлаждаемое дно тигля имеет такую форму, которая способствует образованию лишь одного зародыша, а, следовательно, и одного монокристалла. Иногда кристаллы выращивают не в тигле, а в горизонтальной лодочке. При необходимости процесс можно вести в инертной атмосфере либо в запаянной трубке. [c.206]

Стоит упомянуть две разновидности этих методов, которые незаменимы при получении некоторых кристаллических веществ. Одной из них является гидротермальный метод, который состоит в том, что слабо растворимое в обычных условиях вещество растворяют в замкнутой системе при высоком давлении и температуре. Интересный пример применения данного метода —выращивание крупных кристаллов кварца. 5102 мало растворим в воде при обычных условиях, но при давлении 20 ООО атм и температуре / 400° он хорошо растворяется в 1 М растворе МаОН. Температурный градиент в автоклаве обеспечивает растворение кварца в одной зоне автоклава и кристаллизацию его на подготовленной затравке в другой зоне этим методом получают монокристаллы весом до килограмма. Пока метод не нашел широкого распространения, но он очень перспективен, особенно если учесть возможность использования неводных растворителей. Другой разновидностью является применение неорганических ионных солей в качестве высокотемпературных растворителей для тугоплавких веществ. Этот метод носит название раствор в расплаве . Он нашел применение, например, для получения кристаллов ферри- [c.211]

Монокристаллы ZпЗ могут быть получены взаимодействием исходных компонентов в газовой фазе, например взаимодействием парообразного цинка и сероводорода [134], методом сублимации мелкокристаллического порошка сульфида цинка в среде водорода или сероводорода. Так, например, при температуре в зоне сублимации 1180° С, в зоне кристаллизации 1100° С, температурном градиенте в зоне кристаллизации 15 град см и давлении НаЗ, равном 100 мм рт. ст., выращены столбчатые гексагональные кристаллы ZnЗ. Природа газовой среды и ее давление существенно влияют на рост кристаллов [135]. [c.50]

Второй метод, широко применяемый для получения кристаллов СаРг, Nal и других соединений, носит имя Стокбаргера. В этом случае монокристаллы выращивают путем медленного опускания заполненного расплавом тигля с коническим дном из высокотемпературной зоны печи в низкотемпературную (рис. 107). Между этими двумя зонами расположена диафрагма с отверстием, через которое проходит тигель. Такое устройство обеспечивает благоприятный для роста кристаллов температурный градиент. Кристаллизация начинается с образования нескольких мелких кристалликов на дне тигля в наиболее узкой его части, охлаждаемой опорным стержнем. Один из этих кристалликов, обладающий наиболее бла- [c.251]

Методы направленной кристаллизации в лодочке широко используются при выращивании монокристаллов полупроводниковых веществ, разлагающихся при плавлении. Отсутствие относительного перемещения кристалла и расплава позволяет помещать лодочку с материалом в кварцевую ампулу, которая после откачки заваривается и целиком помещается в трехзонную печь. Одна печь служит для плавления материала, вторая — для создания температурного градиента в целях его кристаллизации и [c.290]

Все больше используются гидротермальные методы выращивания полупроводниковых кристаллов, которые часто применяются при получении люминофоров. Метод основан на том, что некоторые вещества с ничтожной растворимостью в воде при комнатной температуре заметно растворяются в ней прн достижении критической температуры. Вдоль стальной бомбы, рассчитанной на критическое давление воды, создают небольшой температурный градиент. В более холодной части реакционного пространства на затравке вырастает монокристалл. Бомбу с раствором и затравкой нагревают выше критической температуры воды при сохранении температурного перепада. Преимущество этого метода — низкая температура выращивания монокристаллов, благодаря чему можно получить вещества, очень близкие к стехиометри-ческому составу. [c.61]

Необходимо упомянуть также о другом способе приготовления монокристаллических поверхностей цинка. Он может применяться для монокристаллов, скалывающихся по определенным кристаллографическим плоскостям спайности, например кристаллов цинка и висмута [105]. Продажный цинк высокой степени чистоты дополнительно очищался шестикратной переплавкой в вакууме каждый раз в течение 24 час. при 10 мм рт. ст. и 430 С. Спектральный анализ показал наличие примесей 0,002% свинца, 0,0002% меди и 0,0003% железа. Монокристаллические стержни (I см) выращивались по методу Бриджмена, согласно которому стержни медленно (0,1 мм мин) продвигают через печь в печи устанавливается температурный градиент, причем максимальная темпера- [c.86]

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]

Органические соединения можно нормально заморозить, перемещая трубку с веществом с помощью часового мотора через область с резким температурным градиентом. Такая техника пригодна для получения органических монокристаллов [63, 68] подробнее этот метод рассмотрен в гл. П1, посвященной росту кристаллов. Шваб и Вихерс описали установку, в которой трубка с образцом подвешена в вертикальной печке и крепится на поплавке, покоящемся в цилиндре с водой. Поплавок опускается в результате медленного вытекания воды из цилиндра [П2]. [c.175]

Общий метод получения промежуточных селенидов и теллуридов состоит в совместном нагревании взвешенных количеств компонентов в вакуумированной кварцевой трубке. Продолжительность нагревания при 500—1000° С составляет обычно около недели в отдельных случаях температуру повышали до 1350° С. Получение продукта заданного состава обеспечивали либо медленным охлаждением, либо закалкой продуктов реакции. Монокристаллы многих фаз получали с помощью транспортных химических реакций поли-кристаллические исходные продукты нагревали с небольшим количеством иода в течение нескольких дней в запаянной кварцевой трубке с температурным градиентом от 1000° С до 600° С [17—20]. Кристаллы со слоистой структурой вырастали в форме тонких пластинок три- и тетраселениды образовывали иглы или удлиненные призмы. [c.168]

По-видимому, существует тенденция к росту сдвойникован-ных кристаллов с преимущественной ориентацией. Аллен и др. [41] отметили преобладание направлений, близких к (011). Кристаллы с заданной ориентацией выращивались по методу Фудзи-вары [27, 39, 72]. В этом методе один конец образца, в котором предварительно создана критическая деформация, помещают в отжиговую печь с температурным градиентом. Через некоторое время рост прерывают и образец разрезают таким образом, чтобы монокристальное зерно с нужной ориентацией превалировало на поверхности роста. Затем образец изгибают так, что это затравочное зерно в процессе последующего отжига вызывает развитие нужной ориентации в остальном объеме стержня. Специальные технологические приемы позволяют выращивать кристаллы с требуемой ориентацией по всему объему образца удалось даже вырастить стержень, содержащий всего лишь два монокристалла [73]. В табл. 4.1 обобщены способы выращивания кристаллов железа. [c.160]

Если полиморфные превращения связаны с незначительным изменением симметрии (см. разд. 2.3), часто возможно провести монокристалл через фазовый переход без возникновения поликристаллов, двойников, больших деформаций и других дефектов ). В случае же переходов, связанных со значительным изменением симметрии, часто возникают дефекты упаковки и политипия при этом нельзя даже гарантировать сохранение монокристальности образца. Без растворителей такие системы обычно метастабильны. Таким образом, чем больше различаются между собой по структуре две фазы, тем труднее вырастить монокристалл твердофазным способом. Обычно температуру поддерживают постоянной вдоль всего кристалла, а подъем и понижение температуры осуществляется для всей печи в целом. При этом часто наблюдается зарождение новой фазы одновременно во многих точках матрицы, что приводит к образованию двойников или поликристаллов. Ясно, что гораздо целесообразнее было бы инициировать зарождение новой фазы в каком-либо одном месте, а затем обеспечивать возникшему зародышу главную роль в создании фазовой границы между модификациями. Таким образом, хотя это и не принято, но полиморфный переход эффективнее осуществлять методом, аналогичным методу Бриджмена— Стокбаргера при выращивании кристаллов из расплава (см. разд. 5.3). Кристалл, помещенный в одном конце печи, следовало бы перемещать через зону с температурным градиентом или же двигать печь относительно неподвижного кристалла. [c.164]

Одна из задач вытягивания — обеспечить такое соответствие между скоростью вытягивания и тепловыми условиями, чтобы происходил непрерывный рост без отрыва затравки от расплава. Такие дефекты, как дислокации, полосчатость, поликристаллический рост, однажды возникнув, часто распространяются во вновь нарастающие слои, а поэтому очень важно брать затравку наивысшего качества. Форма и совершенство выращенного кристалла в первую очередь определяются тепловыми градиентами по диаметру тигля в непосредственной близости от затравки и градиентами, перпендикулярными границе роста. Этими же факторами определяется вообще возможность получения монокристалла. Влияние различных параметров при выращивании кристаллов методом вытягивания исследовал Родес [11]. Нижеизложенное частично заимствовано из его анализа. Температурный градиент, перпендикулярный границе роста, определяется следующими факторами [c.197]

Обычно монокристаллы, выран1енные методом Вернейля, характеризуются значительными терм1 ческими папрял<ениямп, появляющимися вследствие осевых и радиальных температурных градиентов при росте. Для уменьшения этих напряжений выращенные кристаллы подвергают специальному отжигу. [c.140]

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]

Использование печи Бриджмена позволяет получать крупные кристаллы. Основной идеей метода является создание резкого температурного градиента на поверхности раздела между твердым веществом и жидкостью. На небольшом участке температура должна падать от температуры гораздо более высокой, чем точка плавления вещества, до температуры намного ниже этой точки. Колебания внешней температуры обусловливают изменение наклона кривой температура — расстояние, но поскольку он все же велик, положение поверхности раздела между жидкостью и твердой фазой остается всегда без изменения. Передвигая участок с перепадом температур вдоль образца, можно добиться сколь угодно медленного роста, и выращенные кристаллы будут максимально близки к совершенству. Многие авторы [152, 99, 98, 97, 57, 155] описали используемые ими приборы и выращенные в них кристаллы. Все эти приборы содержат видоизмененную печь Бриджмена, снабженную воздушными дросселями и подобными устройствами для получения желаемого градиента. На рис. 3 представлена печь, использованная Липсетом [96], в которой он выращивал монокристаллы длиной почти в метр Решающую роль при этом играет дно сосуда, где [c.16]

Монокристаллы. Соответствующей обработкой решетке всей массы металла может быть сообщена одна и та же ориентировка, так что весь металл становится монокристаллом. Если металл имеет вид круглого прутка, то это не мешает ему стать одним кристаллом, если только слои атомов параллельны друг другу по всей массе Теперь цилиндрические монокристаллы чаще всего получают расплавлением металла в трубке соответствующей формы и снижением температуры чуть-чуть ниже точки затвердевания, где вероятность спонтанного образования устойчивого зародыша кристалла очень мала если затем в один конец внести прививку в виде маленького кристалла, он будет расти вдоль трубы, пока вся масса не станет одним большим кристаллом. Возможность спонтанной кристаллизации из второй точки, которая испортила бы результат, может быть уменьшена соответствующим устройством. По методу, предложенному Бригменом, трубка с металлом при температуре сначала выше точки плавления медленно передвигается через трубу печи, приспособленную создавать температурный градиент когда данная точка в трубке достигнет достаточно низкой температуры, металл будет затвердевать, продолжая ориентировку уже полученную той порцией металла, которая достигла холодной области раньше таким образом [c.337]

Монокристаллы халькогенидов свинца получают по методу Бриджмена на установке, схема которой приведена на рис. 86. Поликристаллическое вещество помещают в откачанную и запаянную кварцевую ампулу с заостренным нижним концом. Эта ампула перемещается с определенной скоростью внутри печи с двумя температурными зонами Ti и Га- При выращивании монокристалла сульфида свинца Г, = 1150, а Tg = 1000°С. Кристаллизация начинается в заостренном конце ампулы и при соответствующей скорости перемещения ее получается монокристалл. Рост кристалла определяется скоростью, с которой ампула проходит через перегородку 3. Перегородка стабилизирует темпера-турньГй градиент между верхней и нижней зонами печи. Скорость нарастания массы PbS составляет в среднем 10" г сек. Монокристаллы PbS свинцово-серого цвета с металлическим блеском. [c.186]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология