1. Технологія вирощування кристалів методом Чохральського
ТЕХНОЛОГІЯ
ВИРОЩУВАННЯ
КРИСТАЛІВ МЕТОДОМ
Чохральського
Метод був розроблений польським хіміком
Яном Чохральського і спочатку
використовувався їм для вимірювання ступеня
кристалізації металів
(Олово, цинк, свинець).
За деякими відомостями, Чохральського
відкрив свій знаменитий метод в 1916 році,
коли випадково впустив свою ручку в тигель
з розплавленим оловом. витягаючи ручку
з тигля, він виявив, що слідом за
металевим пером тягнеться тонка нитка
застиглого олова.
Замінивши перо ручки мікроскопічним
шматочком металу, Чохральського переконався,
що утворюється таким чином
металева нитка
має монокристалічного структуру. В
експериментах, проведених Чохральського,
були отримані монокристали розміром
близько одного міліметра в діаметрі і до
150 см завдовжки.
3. Метод Чохральського
метод Чохральського
відноситься до методів з
необмеженим
об'ємом розплаву,
оскільки перед
кристалізацією
вихідний матеріал в
тиглі цілком
розплавляється. при
цьому температура
розплаву
підтримується
постійною, а
вирощування
здійснюється за
рахунок витягування
монокристала з
4. Переваги методу Чохральського
Відсутність прямого контакту між
стінками тигля і зростаючим
монокристалом, що дозволяє
уникнути критичних за величиною
залишкових напружень;
Можливість отримання кристала з
розплаву на будь-якому етапі
вирощування (метод декантування), що
дуже важливо при визначенні умов
вирощування монокристалів
Можливість свідомо ставити
геометричну форму зростаючого
монокристалла шляхом варіювання
температури розплаву і швидкості
витягування. Ця перевага
дозволяє позбутися від більшої
частини дислокацій, які виходять на
бічну поверхню, а не
заглиблюються в зростаючий монокристал
6. Недолік методу Чохральського
Для реалізації процесу зростання
необхідний тигель, який може
виявитися джерелом домішок.
Порівняно великий обсяг
розплаву, характерний для методу
Чохральського, сприяє
виникненню складних
гідродинамічних потоків, які,
в свою чергу, знижують умови
стабільності процесу
кристалізації і призводять до
неоднорідного розподілу
домішок в монокристалах.
7. Основні стадії технологічного процесу вирощування монокристалів
а)
б)
в)
г)
Основні кроки при вирощуванні
кристала методом витягування з
розплаву:
а) зацькований, б) разращіваніе, в)
вихід на заданий діаметр, г) зростання
8. Величини і співвідношення радіального і осьового градієнтів температури обумовлюють форму фронту кристалізації витягається кристала,
Величини і співвідношення радіального і осьового
градієнтів температури обумовлюють форму
фронту кристалізації витягається кристала,
який може бути опуклим в розплав, плоским
і увігнутим в сторону кристала.
Ізотермічні поверхні в зростаючому
кристалі при увігнутому в кристал (а) і
плоскому (б) фронті кристалізації.
Найбільш несприятливим для
вирощування монокристалів з
низькою щільністю дефектів є
увігнутий фронт кристалізації, а
сприятливим - плоский фронт
кристалізації. оскільки на
практиці забезпечити його часто
буває дуже важко, витягування
кристалів проводять при злегка
опуклому фронті кристалізації.
Тепловий вузол установки з вирощеним монокристалом германію (діаметром 65 мм).
Ростова камера з тепловим вузлом з графіту
Тепловий вузол включає в себе
підставку для тигля, нагрівач,
систему екранів. конструкція
теплового вузла практично багато в чому
визначає особливості
кристалізації, макро- і
мікроструктуру вирощуваного
монокристалла, розподіл в ньому
легуючих домішок.
Тепловий вузол як технологічна
система містить взаємозалежні
елементи, тобто варіюючи конструкцію
декількох елементів, можна
отримувати практично ідентичні
умови вирощування
13. Джерела нагріву
Серед різноманіття джерел
нагріву можна виділити дві групи:
нелучевие (Газополум'яний, омічний,
високочастотний, плазмовий),
променеві джерела нагріву (електронно-променевого, оптичний, лазерний).
Важлива відмінність їх полягає в
тому, що нелучевие джерела нагріву
практично важко, а часто
неможливо винести за межі
кристаллизационной камери.
14. Матеріали нагрівальних елементів
матеріал
максимально допустима
температура, ° С
Середа кристалізації
графіт
3000
Вакуум, інертна,
відновна
вольфрам
2700
теж
Вольфрам - молібденовий
сплав
2500
-"-
молібден
2500
-"-
іридій
2250
Вакуум, інертна,
відновна,
слабоокіслітельная
платинородієвий
сплав
1600
окислювальна
оксид цирконію
2400
-"-
1)
2)
Судини, що укладають розплав,
називаються тиглями. У ряді випадків
вирощений з розплаву
монокристал приймає форму
укладає його судини.
Матеріал тигля повинен відповідати ряду
вимог:
кристаллизуемой речовина не повинна
при зіткненні з матеріалом
тигля давати хімічної реакції;
речовина не повинна змочувати і
прилипати до стінок посудини;
3)
4)
5)
6)
матеріал тигля не повинен
розм'якшуватися при температурі,
перевищує приблизно на 100 ° С
температуру плавлення
кристаллизуемой речовини;
теплопровідність тигля бажана
по можливості більша, але вона не
повинна перевищувати теплопровідність
кристаллизуемой речовини;
пружність парів матеріалу тигля
повинна бути в умовах
кристалізації не дуже високою, в
Інакше термін служби його
буде обчислюватися небагатьма годинами;
чистота тигля не повинна поступатися
чистоті кристаллизуемой речовини.
Графітовий тигель для вирощування
монокристалів германію методом
Чохральського. Діаметр тигля 210 мм.
