17. Методи вирощування кристалів. Нормально напрямлена кристалізація розплаву. Метод Чалмерса,

Монокристали знайшли широке застосування в сучасній науці і техніці завдяки своїм вираженим властивостям в порівнянні з полі­кристалічними або аморфними тілами. Їх використовують в радіо­електроніці, інших галузях техніки. В мікроелектроніці їх засто­сування принципово важливе.

Метод Чалмерса полягає в розплавленні металу в горизонтальному контейнері і поступовій кристалізації його з одного кінця. Контейнер, або човник, зазвичай виготовляється з вугілля або графіту. Розплавлення металу відбувається при наближенні печі до контейнера (рух печі вліво); потім піч повільно починає рухатися вправо, що викликає кристалізацію металу з лівого боку графітового човника; у міру руху човника відбувається поступове затвердіння металу із швидкістю 1 -10 мм/хв до тих пір, поки увесь зразок не закристалізовується. Якщо при вирощуванні монокристала відбувається інтенсивне окислення металу, то процес треба вести у вакуумі або в атмосфері інертних газів, для чого контейнер може бути поміщений в скляну трубку. В якості матеріалу трубки може бути використаний чистий кварц або скло; вибір залежить від температуры плавлення металу. Використання скла як матеріалу трубки дозволяє спостерігати за фронтом кристалізації впродовж усього процесу вирощування. Розглянута установка може бути використана для металів з температурою плавлення не вище, ніж у міді. При вирощуванні монокристалів металів з високою температурою плавлення, де окислення часто є дуже серйозною проблемою, доцільніше застосовувати швидкий індукційний нагрів при спеціальному виборі матеріалу контейнера і інертного газу. Проте звичайна спрямована кристалізація металу не обов'язково призводить до утворення монокристала, так як вона є складним багатофакторним процесом, який вимагає точності у дотримані технологічності і ретельної підготовки обладнання.

18. Метод вирощування кристалів Чохральського

Ме́тод Чохра́льського — технологія вирощування монокристалів з тигля витягуванням із розплаву при повільному обертанні. Монокристали кремнію, вирощені даним методом знаходять застосування у двох сферах: сонячній енергетиці та виробництві напівпровідникових приладів. Суть методу полягає у тому, що у розплав напівпровідникового матеріалу занурюють зародковий монокристал — затравку. Сплавляють, а по досягненні певної температури переохолодження розплаву, необхідної для початку кристалізації на міжфазній границі затравка — розплав, починають відносно повільно витягувати монокристал. Регулювання діаметра монокристала здійснюєтья, головним чином, зміною швидкості витягування монокристала і, меншою мірою, зміною температури розплаву. Для задоволення умов осьової симетрії застосовують обертання монокристала та (або) тигля з розплавом навколо вертикальної вісі.

1 - тигель з розплавом, 2 - кристал, 3 - піч, 4 - холодильник, 5,6 - механізм витягування.

Переваги: Відсутність контакту між стінками тигля і кристалом, уникання залишкових напруг, дозволяє вийняти кристал в довільний момент часу..