32. Легирование кристаллов при выращивании из жидкой фазы.

1.Кристаллизация расплава, которая содержит легирующую примесь.

Условия роста кристаллов из легирующих расплавов и процесса фронте кристаллизации отличаются от процессов протекающих при кристаллизации чистых расплавов. Примесь влияет на кинетику поверхностных процессов при кристаллизации, изменяет Тпл. Исходного вещества (↓,↑). Зависимость Т_пл вещества от концентрации примеси изображается диаграммой состояния. В области малых концентраций примеси, линии сводятся к прямым линиям, а соотношение концентраций в тв. и жид. фазе определяются К₀-распределение , т.к. К₀

К₀=

При изучении процессов легирования кристаллов, при выращивании их из расплава, все методы делятся на 2 схемы:

1. нормальная направленная кристаллизация. Здесь после плавления всего объема материала происходит медленная кристаллизация расплава в одном направлении.

2. зонная плавка, при которой плавится отдельная зона.

Обе схемы соответствуют большинству реальных процессов, а более сложные схемы представляют их комбинацию.

33. Технологические неоднородности состава кристаллов и методы их уменьшения.

Причины неоднородностей:

1.Некоторые колебания Т печи.

2.Нестабильность скорости механического перемещения частей системы.

3.гидродинамические неоднородности и т.д.

Все эти причины вызывают хаотические локальные колебания состава как по длине, так и поперечному сечению. Самый главный фактор - неравномерное распределение потоков жид. в расплаве, который омывает фронт кристаллизации. Это вызывает неравномерность толщины диффузионного слоя (б) у поверхности фронта кристаллизации, а →приводит к неоднородному распределению примеси.

При вытягивании кристалла из расплава без вращения, в расплаве возникают конвективные потоки жид., направленные от более горячих стенок тигля к более холодному центру(а). В результате такого неоднородного омывания фронта кристаллизации диффузионный слой у фронта приобретает форму, показанная пунктиром, т.е. в центре сечения кристалла примеси больше, чем на периферии.

….

В ращение тигля с раствором будет приводить к усилению неоднородности толщины слоя и неоднородности распределение примеси, т.к. под действием центробежных сил более горячие (более легкие) части расплава будут двигаться от периферии к центру, а более холодные (более тяжелые)- наоборот (рис б).

На рисунки в: при вращении и кристалла в неподвижном тигле, плоская поверхность фронта кристаллизации действует как диск центробежного насоса, которое создает в центра расплава восходящие потоки жид. Направленных конвекционных потоков, за счет чего ↓ неоднородность распределения примеси.

На практике проводят одновременное вращение тигля и кристалла в противоположных направлениях. Вращение тигля обеспечивает осевую симметрию теплового поля в области расплава, т.к. очень трудно выставить на одну ось нагреватель, тигель и затравку.

При одновременном вращении движение потоков имеет сложный характер и зависит от направления вращения, от числа оборотов, от соотношения диаметра тигля и диаметра кристалла.

Установлено, что кристалл необходимо вращать с мах скоростью, а кристаллл с min.

Для подавления потоков жидкостью в электронно-проводящем расплаве, можно поместить тигель с расплавом в магнитном поле.

Локальная неоднородность распределения примеси существенно усложняется при искривлении фронта кристаллизации, форма которая определяется тепловым фронтам роста.

Т.е. в продольном сечении кристалла будут полосы примеси, которые воспроизводят последовательное положение фронта кристаллизации. В поперечном - в виде кольцевой спирали или фигуры кольцеобразной формы.