Монокристалл температурного градиента

При получении монокристаллов наиболее широко применяются однократные методы нормальной направленной кристаллизации. Используются горизонтальные кристаллизационные аппараты (метод Капицы) и вертикальные аппараты с перемещением температурного градиента вдоль неподвижной ампулы с материалом (метод Обреимова—Шубникова) или с перемещением ампулы относительно неподвижного температурного градиента (метод Бриджмена). Очень распространен вариант, когда температурный градиент создается между двумя печами, разделенными тепловым экраном (метод Стокбаргера). Кристаллизацию проводят с использованием затравки, сосуда, остроконечного или капиллярного, с затравочным участком, способствующим росту монокристалла. Температурный градиент может создаваться и в направлении от внутренних областей материала к периферии, в результате чего образуется крупный монокристаллический блок (метод Киропулоса). [c.57]

Распределение температуры в расплаве и растущем кристалле имеет очень большое значение. Наиболее благоприятные условия для роста совершенного чистого монокристалла создаются тогда, когда температурный градиент вдоль оси слитка сравнительно высокий, а радиальные градиенты как в расплаве, так и в растущем монокристалле сведены к минимуму. Радиальные температурные градиенты существенно влияют на форму фронта кристаллизации, т. е. поверхности раздела кристалл— расплав. Отвод тепла от жидкого столбика, тянущегося за кристаллом, осуществляется через наружные слои. В этом случае фронт кристаллизации имеет выпуклую форму. Вогнутая поверхность образуется в конце процесса выращивания, когда расплава в тигле остается мало и растущая часть слитка оказывается в области высоких температур. [c.58]

Рис. 4. Закристаллизовавшиеся капли германия на поверхности монокристалла германия (плоскость 111) в поле температурного градиента (X 100).

О влиянии тепловых условий на качество выращиваемых монокристаллов неоднократно отмечалось в ряде работ [39—42]. Придавая огромное значение тепловым режимам выращивания монокристаллов, авторы указывают, что центральное место в технологии получения слитков должны занять процессы их охлаждения выращивание качественных монокристаллов заключается в решении проблемы управления температурой и температурными градиентами в расплаве и слитке [39, 40]. [c.109]

Более крупные монокристаллы халькогенидов цинка и кадмия получают-путем химического транспорта в температурном градиенте, используя галогены, водород или НС1 в качестве газа-носителя [2, 3]. [c.1119]

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]

При низких значениях температурного градиента область пластичности может достигать расстояния, равного диаметру монокристалла. Термоупругие напряжения, а следовательно, и остаточные напряжения, будут определяться величиной радиального температурного градиента. [c.41]

При высоких значениях температурного градиента область пластичности меньше диаметра монокристалла. Тогда плотность дислокаций и величина остаточных напряжений определяются не только величиной градиента температуры, но и кривизной фронта роста. Если кривизна невелика, то решающую роль играет осевое распределение температуры Г(г), а зависимостью радиального распределения Т(гк) можно пренебречь. [c.41]

Рис. 35. Результаты расчета значений температурного градиента на фронте роста монокристалла лейкосапфира

Так как скорость течения в объеме расплава ниже, чем в поверхностном слое, подъемная сила, возникающая как следствие неоднородного распределения температуры, практически полностью уравновешивается силой, вызванной градиентом давления. Это означает, что в объеме расплава складывается ситуация, близкая к гидростатической, где, как известно, температура оказывается функцией только координаты 2, и при ориентированном по оси г температурном градиенте имеют место устойчивые гидродинамические потоки. Это утверждение соответствует результатам экспериментов по распределению примесей в монокристаллах, выращенных в условиях разнонаправленных конвективных потоков. Известно, что направление указанных потоков в методах Бриджмена и Чохральского имеет вид, представленный на рис. 39 а, б. А на рис. 40 а, б приведена соответствующая картина [c.61]

Источником электронов обычно является проволочный катод прямого накала, выполненный в форме кольца, охватывающего исходное вещество. Для уменьшения температурного градиента в зоне кристаллизации обьино устанавливаются трубчатые экраны из оксида алюминия. Эти же экраны препятствуют попаданию примесей при распылении катода. Электроннолучевой способ нагрева успешно использовался при выращивании монокристаллов тугоплавких металлов и элементарных полупроводников. Для выращивания монокристаллов тугоплавких диэлектриков необходимо удалять с поверхности кристаллизуемого вещества накапливающиеся электрические заряды. Эту задачу для диэлектриков технически трудно разрешить. [c.136]

Тот же принцип использован в кристаллизаторе, который состоит из вертикальной трубки, содержащей две несмешивающиеся жидкости, поддерживаемые при различных температурах двумя раздельными нагревателями, что создает резкий температурный градиент на границе раздела [38, 50]. Простой кристаллизатор этого типа представлен на рис. 11. Для твердых веществ, плавящихся ниже 80°, верхней фазой может быть минеральное масло, а нижней — вода. Для веществ, плавящихся при температурах до 225°, верхней фазой может быть силиконовое масло, а нижней — глицерин, причем в случае твердых тел с плотностью меньшей, чем плотность нижней фазы, трубка должна быть нагружена. В таких двухфазных банях можно получить очень резкие температурные градиенты. Если верхняя фаза (силиконовое масло) находится при 230°, то температурный градиент вблизи границы раздела составляет около 50° на 1 см. Положение градиента строго постоянно, и с подходящими трубками можно получить монокристаллы при скорости движения 1—3 мм час. [c.175]

Общий метод выращивания монокристаллов заключается в очень медленном, обычно направленном, охлаждении расплава. Для этого вещество, из которого растят монокристалл,помещают в запаянную ампулу, опускаемую со скоростью около 1 см/ч внутри специальных нечей, обеспечивающих определенный температурный градиент охлаждения расплава. [c.243]

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]

При температурах более 1500° С потери тепла нагретого тела контролируются обычно потерями на излучение. При выращивании монокристаллов окислов наблюдается именно эта ситуация. В таком случае приближенная оценка осевого температурного градиента может быть произведена с помощью следующего уравнения [c.223]

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]

В другом варианте консервативного выращивания посредством нормальной кристаллизации затравку погружают в тигель (фиг. 2.4,в), создавая при этом такой температурный профиль (часто охлаждением затравки через держатель), чтобы рост происходил только на поверхности раздела затравка — расплав. Весь расплав охлаждается с сохранением температурного градиента, показанного на фиг. 2.4, в. При благоприятных условиях почти весь расплав можно высадить на затравке в виде монокристалла. Этот способ называют методом Киропулоса. [c.73]

Сублимация в герметизированной трубке применяется также для изготовления монокристаллов многих металлов (например, цинка и кадмия) и неплавящихся сульфидов. Некоторое количество материала помещается на один конец трубки, вдоль которой имеется какой-то температурный градиент. Происходит сублимация и на более холодном конце растут кристаллы. [c.212]

Для поддержания температурного градиента применяется электрическая печь с несколькими независимо регулируемыми обмотками это обеспечивает достаточно медленную скорость сублимации, что в свою очередь способствует выращиванию монокристаллов, а не поликристаллов. [c.212]

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]

Как уже отмечалось, рост монокристаллов из расплава представляет собой сложный физико-химический процесс, в котором исключительно важную, зачастую определяющую, роль играет тепло- и массоперенос. При выращ1шании монокристаллов должны соблюдаться строго заданные тепловые условия, необход1тмо поддерживать постоянными температурные градиенты на фронте роста и высокую стабильность процесса. Точность поддержания температуры на уровне 2000°С достигает несколькик долей градуса. Несоблюдение этих условий может приводить к возникновению в монокристаллах всевозможных дефектов и высоких остаточных напряжений. [c.51]

Одна из особенностей высокотемпературной кристаллизации состоет в том, что окончательное формирование реальной структуры монокристаллов не завершается актом фазового перехода. В условиях высоких температур и критических по величине температурных градиентов интенсивно протекают всевозможные процессы. Среди них важное место занимают процессы, связанные с остаточными термоупругими напряжениями и их релаксацией (в результате пластической деформации монокристаллов). Кроме того, в высокоградиентном температурном поле возможны и процессы переноса вещества, а также процессы, связанные с кристаллизацией вещества во включениях, содержащих расплав нестехиометрического состава. Не исключены и твердофазные химические реакции, влияющие на плотность точечных дефектов, а также на валентное состояние отдельных компонентов вещества и примесей. [c.64]

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]

Процесс выращивания начинается с подъема температуры верхнего и нижнего нагревателей до точки, при которой вещество в тигле полностью расплавляется. После этого температура нижнего нагревателя медленно понижается, во-первых, уменьшением подачи энергии к нагревателю и, во-вторых, пропусканием охлаждающего вещества через змеевик Р при этом температура верхнего нагревателя оставляется выше точки плавления кристаллизуемого вещества. Это обусловливает появление в расплаве температурного градиента, приводящего к существованию параллельных изотермических сечений, температура которых tl, 2, tз, , tn растет по направлению снизу вверх. Так как наиболее холодная часть расплава находится в самом низу тигля, то в этой его точке появляются благоприятные условия для образования центров кристаллизации. Путем тщательного регулирования скорости охлаждения, при котором скорость подъема границы раздела кристалл — жидкость составляла величину порядка 1 мм1час, Штёбер получил большие чистые монокристаллы нитрата натрия и других неорганических солей. [c.230]

Ахундов и сотр. [80] исследовали электрические, фотоэлектрические и оптические свойства монокристаллов Д1П BYi в числе и GaTe, полученных методом охлаждения расплава при постоянном температурном градиенте [16, 42]. Монокристаллы GaTe имели удельное электросопротивление 4-10 ом-см, по оптическим измерениям Eg = 1,67 эв и но фотоэлектрическим Eg = 1,5 эв. [c.72]

Гусейнов и др. [30] изучали электрические и термоэлектрические свойства монокристаллов TlSe, полученных зонной плавкой и подвергнутых дополнительной термической обработке, которая снимала термические напряжения образцов после кристаллизации. Монокристаллы сначала отжигались при 280° С, затем медленно охлаждались. Эта обработка приводила к повышению электросопротивления от 1 до 190 ом-см при комнатной температуре. Использованный метод зонной кристаллизации несколько отличался от метода, описанного в работе [24], тем, что в нем применялся дополнительный нагреватель, способствующий уменьшению радиального температурного градиента и, следовательно, уменьшению термических напряжений в образце. [c.158]

В работе [139, с. 127 ] описан метод выращивания монокристаллов dS в контролируемых газовых средах составляющих элементов — кадмия или серы. Цвет получаемых монокристаллов dS и их структура зависели от давления кадмия или серы. Полые конические монокристаллы dS были выращены из паровой фазы с различными температурными градиентами в вакууме и различных, средах (На, HaS) с использованием в качестве флюса Na l и добавлением небольшого количества d lj [159]. [c.53]

Монокристаллы FeSa со структурой пирита выращены методами хлоридного переноса [413]. Перенос FeSa был осуществлен в среде хлора (при давлении —0,2 ат) в поле температурного градиента, верхний температурный предел кристаллизации —700° С, нижний предел —650" С. Размер выращенных монокристаллов 2—3 мм. [c.173]

Монокристаллы oS были выращены методом химических транспортных реакций в двухзонной печи с применением иода в качестве транспортирующего агента [441 ]. Монокристаллы oS выращены [413, с. 40] методом хлоридного переноса в поле температурного градиента. Использована горизонтальная кварцевая печь с тремя зонами нагрева. Верхний температурный предел кристаллизации составлял 850—900° С, нижний — 650° С. Размер монокристаллов 3—4 мм. [c.181]

Таким образом, при выборе технологии и аппаратуры для вы-рахцивания конкретного монокристалла следует заранее оценить а) поверхностное натяжение материала в расплавленном состоянии б) желаемую плотность дислокаций, а отсюда и допустимые температурные градиенты в стержне в) конструкцию нагревательного устройства (из температурных градиентов, определенных по уравнениям (1)—(5)). [c.224]

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]

Другие материалы. Однофазные алюминиевые сплавы очень легко кристаллизуются в процессе деформационного отжига. Их кристаллизация являет собой наглядный пример твердофазного роста в многокомпонентной системе. Некоторые другие многокомпонентные системы, в которых проводилось выращивание кристаллов, перечислены в табл. 4.1. Поскольку при отжиге плавление не происходит, то исключена и сегрегация отдельных компонентов, благодаря чему выращенные монокристаллы сохраняют состав исходного слитка. Достаточно полная рекристаллизация достигается только при высоких температурных градиентах во время ростового отжига, причем градиент должен быть тем выше, а скорость роста тем ниже, чем больше концентрация сплавообразующих элементов. В сплавах алюминия с цинком при содержании последнего в интервале 6—15% полигонизация мешает росту, если не присадить к ним, скажем, 0,15% железа [22]. Количество железа, необходимое для подавления полигонизации в сплавах очень чистых алюминия и цинка, гораздо выше, чем в случае чистого алюминия [7]. [c.161]

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]

Таким образом, а-Ре невозможно получить при температуре выше 910 °С, а высокотемпературные модификации трудно охладить ниже температуры фазового превращения с сохранением монокристальности. Протягиванием с нужной скоростью проволоки через область с температурным градиентом удавалось выращивать монокристаллы а-Ре по механизму превращения Y —> а [83, 49]. [c.165]

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]

Твердый Pd b в кварцевой трубке помещают в печь с температурным градиентом и нагревают до температуры, при которой становится заметным давление пара (- 900°С, что выше Гпл). Над Pd b пропускают медленный ток Аг, и в высокотемпературной области печи происходит реакция образования Pd. Получающиеся кристаллы имеют вид шестиугольных и треугольных пластинок и длинных нитевидных монокристаллов, прямых или закрученных в спираль. [c.267]

Настоящая работа посвящена изучению условий кристаллизационной очистки Сз1 — основы щироко применяемых сцинтилляциониых монокристаллов. Направленную кристаллизацию раствора криотектического состава (27,5 мае. % ) в направлении снизу вверх выполняли на макетных установках, одна из схем представлена на рис. 1. Тепло из холодильной камеры, заполненной 50%-ным водным раствором этиленгликоля, отводили при помощи холодильного агрегата компрессионного типа (КШ-160). Датчиком температуры, обеспечивающим ее постоянство с точностью 0,1° С, служил контактный термометр. Контейнер с пробой, изготовленный из молибденового стекла, при помощи привода перемещения с заданной постоянной скоростью опускался в холодильную камеру. Чтобы сократить время до начала кристаллизации переохлажденного раствора, в узкую донную часть контейнера впаяна полоска платиновой жести. Для увеличения температурного градиента в установке имелся кольцевой нагреватель сопротивления, уложенный во фторопластовый каркас. Раствор над растущим слитком непрерывно перемешивался при помощи стеклянных мешалок или благодаря реверсивному вращению контейнера вокруг собственной вертикальной оси. Выращенные слитки делили на части, послойно растворяя в отмеренных объемах горячей воды. [c.85]

Выращивание монокристаллов ферритов в твердой фазе происходит при перемещении поликристаллического образца в печи, имеющей такой температурный градиент, что монокристалл находится в наиболее горячей зоне нечи, а иоликристаллический агрегат — в наиболее холодной ее зоне (рис. 4.2.). Так выращены монокристаллы ВаРе1201э на воздухе при максимальной температуре 1400 °С и скорости перемещения поликристаллического образца 10 мм/ч. [c.127]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология