Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Технология пп материалов.doc
Скачиваний:
98
Добавлен:
25.11.2018
Размер:
1.33 Mб
Скачать

4.3. Распределение примеси вдоль слитка в методе двойного капиллярного тигля

Для расчета распределения примеси вдоль слитка при использовании подпитки из жидкой фазы уравнение материального баланса может быть записано следующим образом:

dQт + dQ + dQп + dQгаз = 0, (4.1)

где dQт, dQ, dQп, dQгаз – изменение в процессе роста кристалла количества атомов легирующей примеси в твердой, жидкой, подпитывающей и газовой фазах соответственно. Уравнение баланса объемов, в отличие от (1.11), должно учитывать поступление в рабочий объем подпитывающего вещества, поэтому оно должно быть записано в следующем виде:

dVт +dV + dVп = 0, (4.2)

где dVт, dV, dVп – это изменение в процессе кристаллизации объема твердой, жидкой и подпитывающей фаз соответственно.

Для характеристики объемных изменений жидкой фазы в процессе направленной кристаллизации вводят параметр подпитки В:

В = – = 1 + . (4.3)

Для консервативных процессов dV = 0, поэтому В = 0. Для неконсервативных процессов в общем случае 0 < B < 1.

Определим параметр подпитки в методе двойного капиллярного тигля. Изменение объема твердой фазы dVт за время dt рассчитаем следующим образом:

dVт = fSdt = Sобщ vопdt,

где f – скорость кристаллизации; S – поперечное сечение кристалла; Sобщ – сечение общего тигля; vоп – скорость опускания расплава в тиглях. Изменение объема жидкой фазы dV за время dt может быть рассчитано так:

dV = –Sраб vопdt,

где Sраб – поперечное сечение рабочего тигля. Тогда параметр подпитки В вычисляется так:

В = – = = .

Запишем уравнение материального баланса (4.1) в следующем виде:

kСdVт + CdV + VdC + СпdVп + F(ССр)dt = 0. (4.4)

Поскольку доля закристаллизовавшегося расплава g = 1 – , то dg можно выразить в следующем виде: dg = . Тогда, учитывая (4.2) и (4.3), получаем:

dVт = –= ;

dVп = – dVтdV = (B–1)dVт = .

Поскольку dVт = fSdt = , запишем dt = Подставим полученные соотношения в (4.4):

kСCV0dg + (1 – g)V0dC Сп +

+ V0(C Cp)dg = 0. (4.5)

Учитывая, что kи = , kоб = kи + k, разделяем в (4.5) переменные и интегрируем, принимая во внимание, что при g = 0 концентрация примеси в расплаве С = С0. В этих условиях распределение примеси вдоль слитка в методе двойного капиллярного тигля получим в следующем виде:

Ст = +

. (4.6)

Рассмотрим случаи, когда возможно получение слитка с однородным распределением примеси при использовании метода двойного капиллярного тигля.

1. В случае выращивания кристалла в вакууме (Ср = 0) и подпитки чистым веществом (в подпитывающем тигле концентрация легирующей примеси Сп задается равной нулю) распределение примеси вдоль слитка в соответствии с (4.6) приводится к следующему выражению:

Ст =.

Условия однородного легирования записываются следующим образом:

а) для летучей примеси (α 0) и Ст = kС0, если kоб = В. В методе двойного капиллярного тигля параметр подпитки В = и имеет значение 0,2 … 0,5. Следовательно, условия однородного легирования могут быть выполнены для тех примесей, у которых

kоб = k + kи =

соответствует тому же диапазону значений.

Поверхность испарения F в методе двойного капиллярного тигля рассчитывается по формуле F = ;

б) для нелетучей примеси (α = 0) условие однородного легирования принимает вид Ст = kС0, если k = В. Рекомендуемый диапазон значений k = 0,2 … 0,5.

2. В случае, если подпитывающий расплав содержит легирующую примесь, т. е. Сп 0, условия однородного легирования выбираются следующим образом:

а) примесь летучая (α 0). Если мы выбираем соотношение между С0 и Сп из условия С0(kобВ) = Сп(1 – В), то тогда в соответствии с (4.6) Ст . Данные соотношения могут быть реализованы в случае, если kоб > B, иначе будет происходить накопление примеси в жидкой фазе.

б) примесь нелетучая (α = 0). Если мы выбираем соотношение между С0 и Сп из условия С0(kВ) = Сп(1 – В), то Ст = . Данные соотношения также могут быть реализованы в случае, если k > B.