Химия твердого тела. Теория и приложения: В 2-х ч. Ч. 1 - Вест А.
ISBN 5-03-000056-9
Скачать (прямая ссылка):
4*
52
2. Препаративные методы
затравка. При «вытягивании» кристалла (рис. 2.15) расплав и кристалл вращают в противоположных направлениях, что позволяет уменьшить температурные и концентрационные неоднородности при кристаллизации и таким образом улучшить качество полученного монокристалла. Метод Чохральского широко используется для получения монокристаллов полупроводниковых материалов, таких, как 51, ве, ОаАэ и т. д. Для предотвращения потерь за счет испарения при работе с Аэ, Р и другими летучими элементами процесс проводят, как правило, при высоком давлении инертного газа. Имеется также опыт выращивания более сложных по составу материалов, таких, как, например, легированный неодимом Са (N063)2, применяемый в качестве рабочего вещества в лазерах.
2.7.2. Методы Бриджмена и Стокбаргера
Эти методы также основаны на кристаллизации расплава, стехиометрия которого в точности соответствует стехиометрии будущего кристалла. Однако в отличие от метода Чохральского в методах Бриджмена и Стокбаргера кристаллизация осуществляется в наиболее холодной части расплава, находящегося в зоне с температурным градиентом. В методе Стокбаргера это достигается путем относительного перемещения расплава и градиентной зоны, а в методе Бриджмена — путем постепенного охлаждения печи с температурным градиентом, в которой неподвижно расположен расплав. При реализации этих методов также рекомендуется использовать затравочные кристаллы и контролировать состав газовой атмосферы.
2.7.3. Зонная плавка
Этот метод похож на метод Стокбаргера, однако температурный профиль печи таков, что только небольшая часть вещества, из которой должен расти монокристалл, в каждый момент времени находится в расплавленном состоянии (рис. 2.16, в). Вначале плавят ту часть вещества, которая примыкает к затравочному кристаллу, а при дальнейшем протягивании лодочки через печь и последовательном плавлении остального вещества происходит направленная кристаллизация. На этом принципе основана также зонная очистка — широко известный метод очистки твердых тел. Используя тот факт, что примеси концентрируются преимущественно в расплаве, а не в твердом теле, их «выгоняют» из кристалла, постепенно перемещая зону расплава. Метод зонной плавки используют для очистки и роста монокристаллов даже таких тугоплавких металлов, как вольфрам.
2.7. Выращивание монокристаллов
53
2.7.4. Кристаллизация из растворов или расплавов
В отличие от предыдущих методов, в которых расплав затвердевает в виде кристаллов тождественного состава, в методах кристаллизации из растворов состав получаемых кристаллов отличается от состава раствора. Растворитель может быть одним из компонентов будущего кристалла (например, вода при получении кристаллогидратов солей) или совершенно иным химическим: веществом (простым или сложным), в котором интересующее вещество частично растворимо. Так, например, кристаллы 8Ю2 и различных силикатов с высокими температурами плавления получают из расплавов легкоплавких боратов или галогеиидов, в которых интересующий компонент растворен. В этих и подобных случаях расплав-растворитель выполняет роль своеобразного флюса, весьма сильно понижающего температуру плавления целевого кристаллического продукта. В частности, разработана методика получения монокристаллов твердых электролитов р- и р^-А^Оз из боратных расплавов. Процесс кристаллизации из растворов в расплавах подробнее обсуждался в разд. 2.2.2, где подчеркивалась необходимость знания диаграмм состояния соответствующих систем.
2.7.5. Э пит аксиальный рост тонких слоев
Для получения монокристаллических тонких слоев, которые используются во многих электронных устройствах, разработаны специальные методы. Они основаны на использовании принципа ориентацию иного соответствия между растущим кристаллом и кристаллом-затравкой. Рост кристалла при сохранении двумерного соответствия называется эпитаксиальным, а при сохранении трехмерного соответствия — топотаксическим. При эпитак-сиальиом росте тонких слоев ориентированный рост происходит на поверхности подложки. В качестве подложки могут быть использованы кристаллы того же или подобного состава, а также кристаллы с иной природой, но с параметрами решетки, отличающимися на поверхности от параметров получаемого слоя не более чем на несколько процентов. Так, тонкие слои ваАз выращивают, осаждая из паровой фазы на подложки из А120з, шпинели М?А1204, Ое и ТЬ02. Тонкие моиокристалличе-ские слои могут быть приготовлены также путем эпитаксиаль-ного роста из жидкостей, что требует знания фазовых диаграмм соответствующих систем. При использовании эпитаксиальных методов необходимо обращать особое внимание на состояние поверхности подложки, в частности следует использовать все возможности для уменьшения концентрации поверхностных дефектов и примесей.
Расплав | кристалл затравка
, температурный профиль
направление
протягивания
лодочки
кристалл или расплав кристалл затравка порошок
2.8. Методы гидротермальные и «сухие» высокого давления
