16. Методы нормальной направленной кристаллизации. Основные параметры. Достоинства и недостатки.

М атериал помещается в тигель или в контейнер, расплавляется; создание переохлаждение осуществляется перемещением тигля с расплавом относительно нагревателя, либо перемещение нагревателя относительно тигля. Процесс проведения может проходить без применения затравки, тогда весь кристаллизованный материал находиться в расплавленном состоянии и при охлаждении образуется несколько центров – зародыша кристалла. С целью увеличения вероятности роста 1-го центра кристаллизации используются следующие конструкции тиглей.

При такой конструкции тиглей центр, имеющий наиболее благоприятную ориентацию роста подавленный рост остальных. Применение затравок при нормальном направлении кристаллизации затруднено из-за недостаточно высокой точности измерения теплового поля печи, а так же из-за невозможности визуального наблюдения затравки из-за непрозрачности тигля.

Оборудование: тигель с заданной геометрией из химического стойкого материала; печь, которая обеспечивает тепловое поле; система регулирование Т печи; система шихтового перемещения.

Требование к тиглю: материал не должен смачиваться расплавом, тогда кристалл извлекается разрушений тигля и отсутствует устойчивая деформация. Материал должен быть термостойким и механически прочным.

Материалы: - кварцевое стекло; - Al₂O₃; - графит; - платина; - BeO; - MgO;- ZrO; - ThO₂.

Д ля уменьшения механических напряжений для веществ, которые смачивают материал тигля, тигли изготавливают из платины в виде тонких стенок. Выращивание кристаллов проводиться в печах при различных градиентах Т. Если есть механическое перемещение, то желательно создавать изотермические области с перепадом Т между ними. Одна Т выше, чем Т пл, а 2 –я ниже. Это позволяет проводить отжиг выращиваемого кристалла. Для этого используются двухзонные печи с различным регулированием Т.

Для создания таких зон стенки изготавливаются из теплопроводного материала. Материал должен обладать меньшей теплопроводимостью.

Если выращивание кристаллов производят без перемещения механического, то распределение Т выглядит следующим образом:

Уменьшение Т приводит к перемещению изотермы роста к средней части печи. Для устранения ассиметрии теплового поля вращение тигля.

17. Метод Бриджмена. Основные параметры. Достоинства и недостатки. Основные параметры. Достоинства и недостатки.

Расплав и растущий кристалл находиться или в тигле или в лодочке, которая изготавливается из более тугоплавкого материала, чем вещество кристалла. Они заполняются поликристаллическим материалом, помещается в печь и нагреваются выше Т _пл. Затем тигель с расплавом охлаждают так, что кристаллизация начнется с заостренного конца.

Рис. 1 Схема установки: 1 – тигель с расплавом; 2 – кристалл; 3 - печь; 4 –холодильник; 5 –термопара; 6 –тепловой экран.

При такой конструкции тигля большая вероятность образования центров кристаллизации. Дальнейшее охлаждение проводят так, чтобы изотермическая поверхность близкая к Т плавления вещества перемещалась вверх. В результате получается слиток, повторяющий форму тигля. Он монокристаллический, если образуется 1 зародыш и поликристалл – если много.

Метод имеет два названия. Если Т=20-25К, то нормальное направление кристалла называется методом Бриджмента. Если Т=100К, то называется Стокаберга. Метод применяется для выращивания монокристаллов полупроводников, которые разлагаются при плавлении.