29. Выращивание из растворов. Направленная кристаллизация пересыщенных растворов.

В кварцевую ампулу помещают лодочку, содержащую чистый нелетучий компонент А и 2-ю содержащую чистый летучий В. Ампулу откачивают и запаивают и помещают в 3-х зонную печь. Печь 3,нагретая до Т₃, служит для создания заданного Р паров над раствором, который насыщен летучим В при Т₂ (печь 2). Печь 1 с Т₁ используется для осуществления направленной кристаллизации раствора при механическом перемещении лодочки через Т₁-Т₂ (зона grad T). Малая скорость кристаллизации должна обеспечиваться механическим перемещениям ампулы, т.к. малая скорость обусловлена скоростью диффузии летучего компонента, то даже незначительные колебания скорости могут нарушить гладкость фронта кристаллизации. Используют прецизионные гидроприводы.

30. Выращивание монокристаллов из паровой фазы.

Методы позволяют выращивать кристаллы при низких Т, т.е Т˂Т_пл вещества. Методами получают кристаллы любых веществ, но особенно используют для тугоплавких материалов, инконгруэнтно плавящихся веществ, также для веществ склонных к полиморфизму.

Методы делят на 3 группы, которые отличаются методом доставки атомов от источника к растущему кристаллу:

1. Состав растущего кристалла идентичен составу источника, а паровая фаза состоит только из атомов или молекул, которая образует источник и кристалл (метод возгонки с последующей конденсацией паров).

2. Источник состоит из газообразных молекул сложного состава и содержит атомы кристаллизующегося вещества. Кристалл образуется в результате химической реакции, которая проходит либо на его поверхности или вблизи поверхности и приводит к выделению атомов кристаллизующегося вещества (метод диссоциации или восстановления газообразующих химических соединений)

3. Состав паровой фазы отличен от состава кристалла и источника. Паровая фаза состоит из молекул вещества источника и молекул посторонних химических элементов, которые не входят в состав кристалла (метод реакции переноса).

1.Метод конденсации паров компонентов.

Используется для веществ, обладающих высоким Р пара, при Т˂Т_пл, или для веществ, которые трудно вырастить другими газофазными методами. Проводят метод в замкнутых системах, либо в проточных. Замкнутая - кварцевая запаянная ампула. Для тугоплавких веществ используют заполненные тигли из корунда Al₂O₃, либо из тугоплавких металлов. Если вещество химически активно по отношению к материалу тигля, то тигель изготавливают из графита или из стеклоуглерода, при этом они не герметичны, но с малой утечкой газа.

Квазизамкнутые тигли. В замкнутых системах массопередача осуществляется молекулярными пучками (в вакууме) или молекулярной и конвективной диффузией. В проточных системах пары исходного вещества переносятся в зону кристаллизации потоком инертного газа. Процесс заключается в создании потока паров от источника, нагретого до Т_испар. или возгонки, и последующей конденсаций паров на подложке. Р_s насыщенных паров в зависимости от Т описывается уравнением Клайперона-Клаузиуса.

Т.к. процесс идет в динамическом режиме, то реальное Р паров над поверхностью соответствует:

P=α₀Ps

где: α₀ – коэффициент аккомадации, равен отношению числа испарившихся атомов, которые реконденсируясь на поверхности к числу атомов, которые столкнулись с поверхностью.

α_{0 =}

Скорость испарения с поверхности не зависит от Р, а определяется Т поверхности. Часть испарившихся атомов создаются с молекулами пара и возвращения на поверхность. Испарившиеся молекулы распределяются в телесном угле Их распределение зависит от геометрии испарителя и Р паров.

Процесс характеризуется коэффициентом конденсации, а отношение числа атомов, которые встроились в решетку подложки к числу атомов, которые достигли поверхности конденсации.

а =

Процесс конденсации делится на 3 стадии:

1. 1-ое соударение атома пара с подложкой, при котором рассеивается большая часть кинетической энергии.

2. Адсорбция атома (поглощение поверхностью)

3. Перемещение атома по поверхности подложки, которое приводит либо к встраиванию его в кристалле, либо к повторному испарению

а зависит от скорости рассеивания энергии атома, от микрорельефа поверхности и т.д.

Основные технологические факторы:

1. природа подложки.

2. Кристаллографическая ориентация и состояние поверхности подложки.

3. Выбор величины пресыщение и Т подложки, которые обеспечивает с 1-й стороны закономерное встраивание атомов в решетку кристалла, а с 2-й-установление заданного химического состава кристалла.