МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫРАЩИВАНИЕ


МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫРАЩИВАНИЕ
МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫРАЩИВАНИЕ

- осуществляют из газовой, жидкой и твёрдой среды (см. Кристаллизация). Выбор метода выращивания определяется областью устойчивости вещества, наличием, типом и темп-рой фазовых переходов, хим. свойствами, давлением насыщенного пара и др. Большие, совершенные кристаллы полyчают, применяя "затравки" и создавая оптим. пересыщение (переохлаждение) s на поверхности кристаллизации. Наиб. крупные (до 1 м) кристаллы получают из расплава или раствора.

M. в. из расплава. На вращающейся затравке переохлаждение s создаётся регулируемым теплоотводом от поверхности кристалла и мениска прилегающего к нему расплава (метод Чохральского, рис. 1,a). Вытягиванием через щель на поверхности расплава получают профилированные кристаллы, напр. трубы, пластины (метод Степанова, рис. 1, б). При M. в. внутри расплава s создаётся охлаждением, напр. проточной водой держателя затравки (метод Киропулоса, рис. 1, в). При направленной кристаллизации контейнер с расплавом перемещают в горизонтальном или вертикальном направлении из горячей в холодную зону печи, при этом кристаллизацию начинают в специальным образом суженной передней части контейнера, что обеспечивает получение монокристаллич. слитка (метод "лодочки", рис. 1, д; метод Стокбергера - Бриджмена, рис. 1, г). В т. н. методе гapниссажа контейнер может быть сам из кристаллизующегося материала, охлаждаемого снаружи водой, тогда как его внутр. часть плавится токами высокой частоты; M. в. проводится "вытягиванием на затравку" или медленным охлаждением. В методе зонной плавки расплавленная зона передвигается от затравки через по-ликристаллич. слиток. Зонная плавка может проводиться в контейнере или без него (рис. 1, з). В последнем случае мениск расплава удерживается капиллярными силами, а иногда и эл.-магн. "поддержкой". Для тугоплавких веществ используют плавление порошка, сыплющегося в горячую плазму, с оседанием получающихся капель расплава на затравку (метод Вернейля, рис. 1,e). Монокристаллы в виде волокон толщиной 10-200 мкм получают вытягиванием через фильеру либо из капли расплава, образующейся на стержне (в 1, 5-2 раза большей толщины) при нагревании его лазерным лучом (метод "пьедестала", рис. 1,ж).

Скорости выращивания из расплава 0,1-1 см/ч. Однородные кристаллы получают из расплава устойчивого хим. соединения. В присутствии примесей для получения однородных кристаллов целесообразно использовать метод вытягивания, обеспечив при выращивании постоянство формы границы раздела фаз.

3042-17.jpg

Рис. 1. Выращивание монокристаллов из расплава: а - метод Чохральского; б - метод Степанова; в - метод Киропулоса; г- метод Стокбергера - Бриджмена; д - метод "лодочки"; е - метод Вернейля; ж - метод "пьедестала"; з - зонная плавка без тигля; и, к - способы зонной плавки. 1 - расплав; 2 -монокристалл; 3 - затравка; 4 - поликристалл; 5 - порошок; 6 - электри ческий нагреватель; 7 - газовый нагреватель; 8 - лазерное излучение; 9 - охлаждаемый во дой держатель затравки.

Гл. усилия при M. в. из расплава направляются на управление полем темп-р способом перемешивания расплава (естеств. и принудит. конвекция), контролем атмосферы выращивания.

M. в. из раствора. Переохлаждение создаётся снижением T, испарением растворителя (рис. 2, а) или "подпиткой" более концентрированным раствором (рис. 2,б). В т. н. методе температурного градиента в аппаратуре создаётся более горячая зона, где вещество растворяется и диффузией или конвекцией переносится к растущему кристаллу (рис. 2, в, г). Гидротермальное выращивание малорастворимых веществ проводят в автоклавах при высоких темп-pax и давлениях. Скорость выращивания 0,1 - 1 мм/сут. Для получения совершенных кристаллов из раствора необходимо, чтобы подвод вещества к растущей поверхности не лимитировал скорости роста. Это достигается, напр., перемешиванием раствора. В таких условиях возможна скорость 1 мм/ч и более (скоростное выращивание). Важны очистка сырья, стабилизация T иs, создание гидродинамич. течений, обеспечивающих равномерное питание граней.

3042-18.jpg

Рис. 2. Выращивание монокристалла из раствора: a - метод испарения растворителя; б - метод "подпитки"; в, г - метод температурного градиента. 1 - раствор; 2 - монокристалл; 3 - порошок; 4 - нагреватель.

M. в. из газовой среды осуществляется возгонкой вещества и его конденсацией на охлаждённую затравку. Используются также хим. реакции (при транспорте вещества к зоне роста, его разложении или синтезе на затравке). Выращивание осуществляется либо в гер-метич. контейнере, вдоль к-рого создаётся градиент T, либо в потоке газа. Для получения нитевидных кристаллов на поверхность затравки наносят капли растворителя, из к-рого кристаллизация идёт быстрее, чем из пара.

При M. в. из поликристаллического образца последний выдерживают при высокой T для перекристаллизации мелких кристаллич. зёрен в крупные (рекристаллизация). Если вещество имеет полиморфные модификации (см. Полиморфизм), то монокристаллы низкотемпературной фазы можно получить, охлаждая кристаллы в определ. температурном поле.

В виде монокристаллов выращивают множество веществ. В наиб. кол-вах производятся Si, Ge (метод Чохральского), кварц (гидротермальный метод), щё-лочно-галлоидные соединения (метод Киропулоса), корунд с разл. примесями (методы Вернейля, Чохральского и направленной кристаллизации), Y3Al5O12 с примесью Nd (методы Чохральского и направленной кристаллизации), LiNbO3, LiTaO3 (метод Чохральского), K(H5D)2PO4 (снижение T и "подпитка"), LiIO3 (испарение растворителя). Техн. алмаз в виде мелких моно-кристаллич. зёрен (до 0,2 мм) получают из графита прессованием в небольшом объёме при давлении ок. 4,4 атм и T= 1100 0C.

Лит.: Вильке К. Т., Методы выращивания кристаллов, пер. с нем., Л., 1968; Современная кристаллография, т. 3, M., 1980. Л. H. Рашкович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫРАЩИВАНИЕ" в других словарях:

  • МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫРАЩИВАНИЕ — проводят разл. методами, обеспечивающими получение индивидуальных кристаллов заданного размера, формы и дефектности. При М. в. заранее полученные мелкие кристаллы (затравку) помещают в пересыщ. среду (пар, р р, расплав, твердое в во) и… …   Химическая энциклопедия

  • выращивание монокристаллов — Получение (изготовл.) вещ в в виде объемных монокристаллов или монокристаллич. эпитаксиальных слоев и пленок кристаллизацией расплавов или из паровой (газовой) фазы. В основе методов в. м.из расплавов — кристаллизация в тепловом поле,… …   Справочник технического переводчика

  • Выращивание монокристаллов — [single crystals (monocrystals) growing] получение (изготовление) веществ в виде объемных монокристаллов или монокристаллических эпитаксиальных слоев и пленок кристаллизацией расплавов или из паровой (газовой) фазы. В основе методов выращивания… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • выращивание монокристаллов — monokristalų auginimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. single crystal growing vok. Einkristallwachstum, n; Einkristallzüchtung, f rus. выращивание монокристаллов, n pranc. croissance des monocristaux, f; étirage des monocristaux, m …   Fizikos terminų žodynas

  • выращивание монокристаллов методом Чохральского — monokristalų auginimas Čochralskio metodu statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. crystal growing by Czochralski method vok. Kristallzüchtung aus der Schmelze nach dem Czochralski Verfahren, f rus. выращивание монокристаллов методом… …   Fizikos terminų žodynas

  • ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ — совокупность веществ с чётко выраженными свойствами полупроводников в широком интервале темп р, включающем комнатную темп ру Т=300 К, применяющихся для изготовления полупроводниковых приборов. Все П. м. можно разбить на неск. групп. 1)… …   Физическая энциклопедия

  • КРЕМНИЙ — (Silicium) Si, химический элемент IV гр. периодич. системы, ат. н. 14, ат. м. 28,0855. Состоит из трех стабильных изотопов 28Si (92,27%), 29Si (4,68%) и 30Si (3,05%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 1,3.10 29 м 2. Конфигурация внеш …   Химическая энциклопедия

  • Ферриты (оксиферы) — У этого термина существуют и другие значения, см. Феррит. Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Ферриты (оксиферы)  химич …   Википедия

  • НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ — наука о хим. элементах и образуемых ими простых и сложных в вах, за исключением орг. соединений. Понятие Н. х. (минер. химия) появилось первоначально для обозначения в в минер. происхождения. Осн. задачи соврем. Н. х.: изучение строения, св в и… …   Химическая энциклопедия

  • ХИМИЯ ТВЁРДОГО ТЕЛА — (химия твердого состояния), раздел физ. химии, изучающий строение, св ва и методы получения твердых в в. X. т. т. связана с физикой твердого тела, кристаллографией, минералогией, физ. хим. механикой, механохимией, радиационной химией, является… …   Химическая энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫРАЩИВАНИЕ» >>