Выращивание монокристаллов.

Существующие в настоящее время методы выращивания монокристаллов из расплава основаны на принципе, который следует из теории кристаллизации и роста кристаллов: теплоотвод должен быть таким, чтобы перед фронтом кристаллизации не создавалась переохлаждения (в том числе и концентрационного), приводящего к образованию зародышей новых кристаллов.

Выращивают монокристаллы из жидкой фазы двумя. способами. Первый из них (метод Бриджмена) заключается в следующем. Пробирка с коническим дном, заполненная жидким металлом, медленно перемещается вдоль вертикальной цилиндрической печи, температура которой выше температуры затвердевания на 50-100 К, и постепенно из нее выходит. При перемещении со скоростью 3-30 мкм/с затвердевание, начавшееся в вершине конуса, распространяется вдоль пробирки. В вершине конуса могут зародиться несколько кристаллов, однако расти будет только один из них - тот, у которого направление наибольшей скорости роста совпадает с направлением перемещения пробирки (или печи). Рост других зародившихся кристаллов будет подавлен. Таким способом получают крупные кристаллы диаметром в несколько сантиметров.

Второй способ, получивший название метода Чохральского, заключается в вытягивании монокристаллов из расплавленного металла с помощью палочки. При необходимости можно получить кристалл заданной ориентировки, использовав в качестве «зародыша» предварительно изготовленный и соответствующим образом ориентированный кристалл-затравку. Жидкость должна быть незначительно переохлаждена (ΔТ= 1 -2 % Т_о). Очевидно, что скорость вытягивания не должна быть больше линейной скорости роста кристалла. Незначительное превышение этой скорости приведет к обрыву вытягиваемого кристалла. Этим обстоятельством можно воспользоваться для определения линейной скорости роста (с) металлов. Таким образом были определены величины с для ряда металлов при малых значениях ΔТ: для цинка 1,7, олова 1,5 и свинца 2,3 мм/с.

Сознательное управление условиями выращивания на основе теории затвердевания позволяет получать бездислокационные кристаллы и кристаллы с регулируемым числом дефектов, кристаллы заданной формы, определенного состава и т. д.

Дата добавления: 2015-07-16