19. Методы вытягивания кристаллов из расплава. Метод Киропулуса. Основные параметры. Достоинства и недостатки.

- вытягивания.

Рисунок: 1-затравка; 2 – кристалл; 3 – тигель; 4 – расплав.

Затравка вводится в расплав и далее не вытягивается, а врастает в него за счет того, что охлаждается через кристаллодержатель с уменьшением Т расплава. Метод применяется для выращивания кристалла с большим отношением диаметра к высоте.

Преимущество методов: нет механических напряжений от тигля и размеры кристалла можно вольвировать. Можно визуально наблюдать за процессом, что позволит оптимизировать процесс. Метод применяется при выращивании кремния.

Установки снабжены системами регулирования; диаметр кристалла контролируется системой, которая основана на измерении диаметра мениска вблизи фронта или уменьшение из тигля массы расплава.

Метод используется для большинства полупроводниковых соединений.

20. Методы зонной плавки. Основные параметры. Достоинства и недостатки.

Метод используется как для очистки материалов от примесей, так и для выращивания монокристаллов.

Достоинства: возможность легировать одновременно с процессом выращивания.

Кристаллический материал располагается в тигле. К материалу тигля предъявляется требования, что и в методе нормальной направленной кристаллизации. В 1-м конце лодочки – монокристаллическая затравка, а остальная часть – поликристаллическая лодочка помещенная в кварцевую трубку. Создаваемая атмосфера инертного газа и используем узкую печь сопротивления, что создает узкую зону расплава. Перемещая нагреватели, перемещают зону расплава вдоль слитка. С 1-й сторону – плавление, с 2-й – кристалл. В итоге весь слиток превращается в монокристалл. С точки зрения процесса кристаллизации метод зонной плавки отличается от метода Бриджмента. Используют одну печь для создания лимитирующего фона вдоль слитка и вторую печь – для создания расплавленной зоны можно контролировать градиент Т у фронта кристаллизации и создавать условия для увеличение совершенства структуры монокристалла.

Преимущество: время, в течении которого расплав находиться в контакте материала лодочки, меньше чем у метода Бриджмента, следовательно, загрязняется меньше. Есть возможность регулировать толщину расплавляющей зоны, скорость и можно создавать несколько расплавленных зон вдоль слитка.

Управление формой фронта кристаллизации является сложной задачей, т.к. роль играет теплопроводность.

21. Бестигельные методы выращивания монокристаллов. Метод Вернейля. Основные параметры. Достоинства и недостатки.

Выбор материала часто ограничивает возможности применения тигельных методов. Материал тигля должен быть инертным по отношению к выращиваемому монокристаллу.

Метод Вернейля ( метод пламенного плавления) – это метод является прототипом всех безтигельных методов.

Принцип: с помощью нескольких кислородно – водородных горелок на верхнем торце вертикально расположенная затравки, которая вращается, создается тонкий слой расплава. Из бункера, который подвергается вибрации расположен над затравкой подается поток мелких частиц, которые успевают разогреться и расплавиться за время прохождения через пламя горелок и падают на поверхность расплавленного слоя.

Рисунок 1: 1 – механизм опускания кристалла; 2 – кристаллодержатель; 3 –кристалл; 4 – печь; 5 – горелка; 6 – бункер; 7 – механизм вибро; 8 – катетометр(- прибор для точного измерения вертикальных расстояний между точками при физических опытах, придуманный французскими физиками Дюлонгом и Пти для определения разности уровней ртути в сообщающихся сосудах).

Объем расплава постоянно увеличивается, слиток (1) опускается с небольшой скоростью, нижние слои расплава кристаллизуется и формируют монокристалл.

Преимущество: отсутствие тигля, возможность контроля за ростом монокристалла.

Недостатки: внутреннее напряжение, нарушение стехиометрии (компоненты могут восстанавливаться водородом) состава ( и могут испарятся летучие вещества), скорость роста маленькая ( мм в час), трудно управлять распределение Т вблизи фронта кристаллизации. Следовательно, получить этим методом структурно совершенственные кристаллы не удается.

Используют для выращивания кристаллических материалов, которые химические стабильные в условиях пламени. Метод радиационный и плазменный нагрев для материалов химических неустойчивых в пламени. Для стабилизации шихты используют не смесь порошков, а жидкую смесь исходных компонентов.