Бестигельная зонная плавка.

Бестигельная зонная плавка — метод получения кристаллов из малого объёма расплава, формально являющийся разновидностью зонной плавки, не использующей тигля или иного контейнера.

Фактически отсутствие контейнера приводит к необходимости существенного изменения способа подачи энергии в расплавленную зону и отвода её по сравнению с зонной плавкой в контейнере; радикально изменяет течение физических процессов в зоне; ведет к исчезновению напряжений и загрязнений, вводимых взаимодействием расплава и кристалла с материалом контейнера. То есть несмотря на формальное сходство, бестигельная зонная плавка кардинально отличается от зонной плавки в контейнере.

Следует также различать бестигельную зонную плавку и зонную плавку в холодном контейнере (гарнисаж), когда формально контейнер, образованный нерасплавленным материалом, присутствует.

Суть метода (рис 5) заключается в следующем. Заготовку, которая подвергается переплавке, закрепляют в верхнем держателе. Соосно с верхним держателем снизу располагают монокристаллическую затравку. На нижнем конце заготовки с помощью индуктора создается капля расплава, которая удерживается на ней за счет сил поверхностного натяжения. К образовавшейся капле подводят затравку до соприкосновения с расплавом и полного ее смачивания. Далее индуктор перемещается относительно заготовки вверх, в результате чего заготовка над индуктором расплавляется, а под индуктором расплав кристаллизуется на затравку, образуя монокристалл. Верхний и нижний держатели вращаются в противоположных направлениях, что способствует перемешиванию расплава, симметризации теплового поля и выращиванию кристалла цилиндрической формы.

Кристаллографической ориентацией готового кристалла можно управлять, устанавливая внизу затравочный монокристалл заданной ориентации.

Легированием кристалла можно управлять в относительно узких пределах путём введения легирующих элементов в газовую среду установки выращивания.

Разогрев зоны возможен несколькими путями:

1) разогрев индукционным полем— используется для выращивания монокристаллов проводников и полупроводников (например, кремния).

2) разогрев от оптических источников (так называемая оптическая зонная плавка)— используется для выращивания особо чистых кристаллов диэлектриков, например оксидных кристаллов, гранатов и т.д.

3) разогрев от резистивного нагревателя— используется для выращивания кристаллов легкоплавких диэлектриков.

Бестигельная зонная плавка используется в первую очередь для получения сверхчистых монокристаллов, что обусловлено отсутствием контакта переплавляемого материала с другими технологическими материалами. Оттеснение имеющихся в заготовке примесей при отсутствии привнесения загрязнений из внешних источников обусловило применение бестигельной зонной плавки при проведении выходного контроля качества сырья для полупроводниковой промышленности.

Бестигельная зонная плавка применяется для выращивания сверхчистых монокристаллов недиссоциирующих оксидных соединений. Процесс выращивания может вестись в атмосфере, а подача энергии в зону производится фокусировкой оптического излучения. В этом случае метод могут называть «оптической зонной плавкой».

Список используемой литературы

1) Родзевич А.П. Физико-химические основы металлургических процессов: учебное пособие – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010 – 298 с.

2) Харин А. Н., Катаева Н. А., Харина А. Т. Курс химии — М.: «Высшая школа», 1975. — 416 с.

3) Мюллер Г. Выращивание кристаллов из расплава. Конвекция и неоднородности — М.: «МИР», 1991. — 149 с.

Дата добавления: 2015-08-18