57. Метод Вернейля.

Даже в случае безтиг. метода получения монокристаллов тугоплавких материалов остаются проблемы с подводом высокой тепловой энергии для плавления вещества. В этом случае улучшение подвода тепла может быть осуществлено измельченных, мелких частиц материала, а также путем увеличения площади поверхности расплава и его объема.

Вертикальная затравка закрепляется на вращ. штоке. С помощью нескольких кисл.- водородных горелок расплавляется верхняя часть кристалла. Из вибро-бункера над расплавом подается поток очень мелких частиц исходного материала, которые проходя через пламя горелки нагреваются и плавятся. Затравочный кристалл опускается вниз с небольшой скоростью, в результате чего нижние слои расплавленной зоны кристаллизуются. Недостатком метода является трудность управления температурой вблизи фронта кристаллизации, а также распространение температуры внутрь слитка, возникают остаточные напряжения.

58. Преимущества метода выращивания кристаллов из раствора. Область применения метода.

Преимущество данного метода является то, что процесс проводится при значительно более низких температурах, чем в расплаве. Это позовляет получить кристаллы в-в имеющих очень высокую температуру плавления (алмаз), соединений, разлагающихся при нагревании или имеющих высокое давление собственных паров, в-в имеющих высокую вязкость в расплаве (SiO2), полиморфных модификаций.

59. Требования к растворителю при выращивании монокристаллов из растворов.

Растворитель должен существенно снижать температуру плавления монокристалла, должен быть нелетуч, не загрязнять выращиваемый монокристалл (иметь малый коэффициент распределения, атомы растворителя должны являться нейтральной примесью).

60. Почему скорость выращивания кристаллов из растворов на 2-3 порядка меньше, чем при выращивании из расплавов?

Лимитирующей стадией процесса является диффузия, поэтому линейная скорость роста мала. (?)

61. С какой целью в растворы при получении монокристаллов добавляют минерализаторы?

Минерализаторы добавляют в раствор для увеличения растворимости.

62. Перечислите способы создания пересыщения при выращивании монокристаллов из растворов.

Испарение растворителя, создание медл. охлаждения насыщенного раствора, кристаллизация в электрическом поле.

63. Назовите основные группы методов получения монокристаллов из газовой фазы.

Две основные группы: основанные на чисто физической конденсации (применяется для получения кристаллов с заметным давлением насыщенных паров при температуре ниже температуры плавления, для веществ с полиморфизмом); методы, предполагающие участие химической реакции (химический транспорт, разложение).

64. Изобразите и прокомментируйте основные схемы получения монокристаллов из газовой фазы.

а) Замкнутая система

б) Проточная система

Для тугоплавких веществ используют контейнер из корунда, тугоплавких металлов.

65. Изобразите схему и укажите основные узлы установки по выращиванию монокристаллов методом Чохральского.

1 - механизм вращения слитка, 2 - механизм подъема, 3 - гибкая подвеска (тросс), 4 - шток, 5 - затравкодержатель, 6 - верхняя камера, 7 - шибер, 8 - смотровое окно, 9 - верхняя часть нижней камеры (колпак), 10 - зажим, 11 - корпус нижней камеры, 12 - графитовая подставка, 13 - нагреватель, 14 - экраны теплового узла, 15 - тепловводы, 16 - поддон, 17 - опорная рама, 18 - привод вращения и подъема тигля

66. Перечислите параметры технологического процесса, влияющие на качество кристалла при выращивании из расплава.

Скорость вращения кристалла и тигля, скорость вытягивания, температурный нагрев, внутренний объем камеры, скорость подачи воды.

67. Перечислите параметры системы кристалл - расплав, влияющие на качество кристалла при выращивании из расплава.

Температура и ее градиент в расплаве и кристалле, форма и высота мениска, форма или высота расплавленной зоны, форма фронта кристаллизации, диаметр растущего монокристалла.

68. Назовите основные способы контроля параметров системы кристалл — расплав при выращивании кристаллов из расплава.

Использование телекамеры для наблюдения за границей раздела кристалл - мениск, использование весов, которые показывают массу штока + масса выращ. кристалла + масса мениска. Для контроля высоты мениска используют фотопирометр, который нацелен на нижнюю границу фронта кристаллизации.

69. Сформулируйте основные допущения при математическом описании распределения примеси в полупроводнике.

Использование математического моделирования позволяет получить выражение, описывающее распределение примеси по длине растущего монокристалла. Были сделаны следующие допущения:

- равновесие в твердой фазе устанавливается бесконечно долго, т.е. процессом диффузии вырожденного состояния можно пренебречь (D(T) = 0)

- процесс диффузии вырожденного состояния в жидкой фазе протекает мгновенно (D(ж) -> беск.)

- величина эффективного коэффициента распределения постоянна (К = const > V = const)

- при плавлении и затвердевании объем не меняется

- отсутствует обмен материалом между конденсированной и газовой фазами

70. Напишите выражение и изобразите графически распределение концентрации примеси по длине кристалла при нормальной направленной кристаллизации.

C(T)/C(0) = K(1 - g)^K-1, где g = 1 - V(ж)/V(0) - доля закристаллизованной части

71. Напишите выражение и изобразите графически распределение концентрации примеси по длине кристалла при зонной плавке.

C(T)/C(0) = 1 - (1 - К)e^-ka, где a = x/l

72. Назовите причины неоднородного распределения примеси в растущем кристалле.

Две основные группы: фундаментальные (сегрегационные), технологические. Фундаментальные охватывают весь объем. Технологические связаны с нарушением стабильности параметров процесса, они захватывают небольшие объемы кристалла, являются локальными.

73. Назовите сегрегационные методы выравнивания состава кристаллов.

Для поддержания постоянства состава применительно к жидкой фазе проводится подпитка расплава (тв., жидк., газообр.), а также связанные с изменением условий роста монокристаллов.

74. Какая часть кристалла характеризуется равномерным распределением примеси при выращивании методом нормальной направленной кристаллизации и методом зонной плавки?

В методе ННК: в середине кристалла

В методе зонной плавки: в середине (?)

75. Механическая подпитка расплава твердой фазой.

Основное вещество или примесь вводится в твердом состоянии. Идея первого способа состоит в опускании в расплав подпитывающего стержня. Процессом подпитки можно управлять, меняя площадь поперечного сечения подпитывающего стержня, его состав и механическую скорость его подачи. При необходимости в расплав может одновременно вводиться несколько стержней.

Второй способ подпитки — метод расплавленного слоя. В этом случае слиток подпитывающего материала помещают в нижней части кристалла, выращивание которого ведут с вершины подпитывающего слитка, подплавляемого специальным нагревателем. Рост кристалла в этом случае сопровождается синхронным перемещением подпитывающего слитка вверх.