Управляемая кристаллизация.

Управляемая кристаллизация является одним из способов создания ряда материалов с заданными свойствами в металлургии и полупроводниковой технике (выращивание монокристаллов). От неуправляемой (объемной) кристаллизации, управляемая отличается тем, что путем задания внешних условий (температура, направленное движение фаз и т.д.) создаются локальные зоны расплава и кристаллизации внутри вещества. Различают два вида управляемой кристаллизации: направленную кристаллизацию - т. е. идущую в заданномнаправлении и зонную плавку - путем перемещения зон расплава в твердом теле в заданном направлении (рис. 2.3).

Рисунок 2.3.- Схемы проведения управляемой кристаллизации:

а – направленная кристаллизация; б – зонная плавка,

где 1 – твердая фаза; 2 – зона расплава – жидкая фаза.

При направленной кристаллизации формируется только одна граница раздела фаз (фронт), которая медленно перемещается вдоль образца в процессе кристаллизации расплава. Фронт может перемещаться, в зависимости от конструкции установки и состава вещества, сверху вниз; снизу вверх или горизонтально (рис. 2.3-а). Для осуществления направленной кристаллизации весь образец предварительно расплавляют, а затем начинают медленно понижать температуру с одного из его концов. В результате этого формируется зона кристаллизации, в которой и происходит перераспределение примесей между расплавом и твердой фазой (на границе их раздела). Более легкие или же, наоборот, более тяжелые примеси (в зависимости от положения расплава по отношению к зоне кристаллизации) остаются в расплаве. Такая очистка может повторяться многократно. Направленную кристаллизацию применяют при анализе относительно легкоплавких веществ, например галогенидов щелочных и щелочно-земельных металлов. Эффективность разделения компонентов рассчитывается, как и в случае экстракции, через коэффициент распределения:

D = C_тв/С_ж (2.8)

где, С_тв и С_ж – концентрации компонента соответственно в твердой и жидкой фазе.

При зонной плавке – образуется две границы раздела фаз: граница плавления и граница кристаллизации, т. е. формируется зона расплава, ограниченная с 2-х сторон (рис. 2.3-б). Обычно образец медленно перемещается вдоль блока печей, образующих цепочку зон с различной температурой, что приводит к формированию нескольких расплавленных зон, медленно перемещающихся друг за другом в одном и том же направлении. Этим приемом достигается многократное повторение процессов плавления и кристаллизации и создаются условии к вытеснению легкоплавких примесей из объема пробы на периферию.

При выращивании монокристаллов также применяют различные разновидности управляемой кристаллизации, но процесс идет значительно медленнее, чем при обычной очистке, и осуществляется в жестком температурном режиме (выше точность поддержания температуры, требования к однородности расплава и т.д.).

Дата добавления: 2015-07-15