18. Методы вытягивания кристаллов из расплава. Метод Чохральского. Основные параметры. Достоинства и недостатки.

Метод вытягивания кристаллов из расплавов. Широко используют в промышленном производстве для выращивания больших монокристаллов пп и диэлектри-х материалов с воспроиз-ми сво-ми. Суть метода:исх материал в виде порошка или кусков поликрист-в, после тщательной очистки загружают в тигель и расплавляют. Процесс идет в герметичной камере, в вакууме или с нейтральной окисл-й или восстан-й атмосферой. Затем, затравочный кристалл, размером несколько мм, устанавливают в охлажденной кристаллодержатель и ориентируют в нужном кристаллограф-м направлении. Затем погружают в расплав.

1 – тигель с расплавом., 2 – кристалл, 3 – печь, 4 – холодильник. , 5,6-механизм вытягивания.

После частичного плавления конца затравки и достижения определенного Т-режима. Начинают вытягивание и диаметр кристалла регулируют скоростью вытягивания или нагревом, или двумя одновременно. Для уменьшения асимметрии полей, кристалл и тигель выращив-ся в противоположных направлениях. Перед началом втягивания расплав выдерживают при Т_Т(пл) вещ-ва. Это необходимо для очистки от примесей расплава. Затем прогревают затравку, выдерживая ее над расплавом при возможно высокой Т. Это операция для исключения термоудара, т.к термоудар приведет к увеличению кол-ва дислокаций. Кач-ву затравки уделяют большое внимание, т.к она определяет структурное совершенство кристалла. Затравку вырезают из монокристалла с мин-й плотностью дислокаций. После вырезки удаляют поверх-ые дефекты путем травления и полировкой.

После прогрева затравку погружают в перегретый расплав, оплавляют для удаления дефектов. На нач-й стадии вытягивания формируют шейку монокристалла. Диаметр шейки не должен превышать линейного размера поперечного сечения затравки, а длина должны составлять несколько мм. Шейка формируется с одновременным уменьшением Т расплава с большой скоростью. Послее ее формирования осущ-ют разращивание монокристалла от размера шейки до номинального диаметра слитка. После этого условия выращивания кристалла стабилизируются для получения монокрист-го слитка постоянного диаметра и высокого совершенства. Это обеспечивается тепловыми условиями процесса, т.е градиент Т в кристалле и расплаве, от которых зависит форма фронта кристалл-ии, размер переохол-й области, скорость роста кристалла и термическое напряжение. Тепловой поток состоит из потока поступающего от нагревателя к тиглю и потоков, которые отводятся от расплавов и кристаллов. Их соотношение определяет градиент Т. Если выращивание происходит в вакууме, то теплоотдача происходит путем излечения. В газовой среде основную роль играют конвекционные процессы.

Фронт кристаллизации может иметь разную форму: выпуклый в расплав, плоский и вогнутый в кристалл. Наиболее неблагоприятный – вогнутый фронт.

В кристалле возникает термич-е напряжение под действием градиента Т, что приводит к увеличению плотности дислокаций. При большом градиенте Т в расплаве возникают конвективные потоки от горячих стенок к более холодной. Это приводит к переохлаждению. На фронте крист-ии тогда хаотически изменятся скорость роста. А это приводит к образовании. Структурных дефектов.

Любое изменение теплового баланса на границе раздела нарушают условия роста. Для стабилизации условий роста современные установки оснащены авто системами поддержания Т нагревателя, непрерывного контроля диаметра и тд.

Процесс выращивания завершается отрывом его от расплава. Перед отрывом диаметр кристалла уменьшают плавно, создавая конус для предотвращения теплового удара. Охлаждение кристалла производят очень медленно для исключения термических напряжений. После отрыва монокристалл поднимают над расплавом и делают медленное охлаждение.