Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
1, Кристаллизация и» расплава
Большинство технических способов выращивания монокристаллов, относящихся к этой группе, является развитием методов Чохральского и Бридж-мена. В первом случае затравочный кристалл, касающийся поверхности расплавленного металла, постепенно перемещается вверх таким образом, что растущий кристалл приобретает ориентировку затравки. При этом кристаллы получаются не совсем однородными по размеру сечения, но зато отсутствует контакт с тиглем и тем самым устраняется этот источник загрязнений. В последние годы данный метод вновь приобрел широкое распространение для получения кристаллов германия и кремния, применяемых в транзисторах. Он имеет особые преимущества при получении кристаллов кремния, который обладает высокой реакционной способностью при температурах, близких к точке плавления (1412° С). Современная установка, в которой все операции проводятся в вакууме, показана на фиг. 2.1. Растущий с торца кристаллический стержень вращается для того, чтобы получить более однородное поперечное сечение и распределение тех или иных легирующих добавок. Успешный результат зависит от достижения точного равенства количества тепла, подводимого к системе, и количества тепла, теряемого тиглем и кристаллическим стержнем. Ориентация выращиваемого кристалла легко задается выбором затравочного кристалла требуемой ориентировки.
В методе Бриджмена металл помещается в тигель с остроконечным дном, медленно опускающийся через вертикальную печь, в которой поддерживается температурный градиент. Кристалл зарождается у острого конца тигля и растет вверх. При другом конструктивном решении печь может перемещаться относительно тигля или тигель и печь остаются неподвижными, а ток, подводимый к печи, постепенно уменьшается. Важным моментом при реализации этого метода является выбор конструкции и материала тигля. Желательно, хотя и не обязательно, использовать разъемный тигель, легко отделяющийся от кристалла, который тогда не приходится выдвигать из тигля. Графит высокой чистоты, достаточно твердый для того, чтобы его можно было хорошо отполировать, является вполне подходящим материалом для тигля, в котором можно плавить такие металлы, как алюминий, медь, серебро, никель; кристаллы легкоплавких металлов, например олова, цинка и кадмия, можно выращивать в точно калиброванных трубах из термостойкого стекла, покрытых изнутри высушенным слоем аквадага г).
*) Аквадаг — специальная водно-коллоидно-графитовая смазка, применяемая для уменьшения трения при волочении металлической проволоки. — Прим. перев.
Деформация металлических кристаллов
Для металлов, взаимодействующих с углеродом, можно использовать корундовые тигли. Полезной разновидностью описываемого метода является способ «мягкого» тигля, когда металлический стержень, предназначенный для плавлення в корундовой трубке, окружается со всех сторон корундовым порошком. Порошок легко «течет» под давлением, вследствие чего в кристалле во время и после затвердевании не возникает напряжений. Этим способом можно изготовлять образцы с заплечиками, которые в случае выращивания в жестком тигле подвергаются пластической деформации при охлаждении.
Монокристаллы можно также получать из расплава, используя горизонтально перемещающиеся печи и изложницы; последние делают обычно
Сальник
Вытяжной шток
Изолированный ёский •—
электрич\ ввод
Затравочный кристалл германия
Распласленнбій германий
Вакуумная катера Кварцевая трубка Графитовое кольцо
Основание
Смотровое окно
Графитовый тигель
RtU)GSHOu граатшпо-~ вый наерсвателб
Фиг. 2.1. Современная установка для выращивания монокристаллов по методу Чох
ральского [17].
из графита в виде остроконечных с одной стороны лодочек. Свободная поверхность получающихся кристаллов оказывается ие всегда плоской, но во многих случаях это ие имеет существенного значения. Такой способ имеет то преимущество, что позволяет наблюдать процесс затвердевания, если лодочка находится в прозрачной кварцевой трубке и нагрев производится с помощью индукционной катушки. Этим же способом можно получать монокрнстал-лическне проволочки, если исходную проволоку помещать с некоторым зазором в стеклянную или кварцевую трубочку, покрытую изнутри слоем графита.
Одним из наиболее важных достижений последнего времени в технике' выращивания монокристаллов из расплава является применение метода зонной плавки [S], при котором расплавленная зона перемещается от одного конца прутка к другому. Прежде всего таким путем осуществляется очистка металла, но вместе с тем создаются условия, при которых склонность к заро-дышеобраэоваиию постепенно уменьшается, вследствие чего конечным результатом указанной обработки является очень чистый монокристалл. В послед-
2»
20
Глава 2
ниє годы метод зонной плавки широко используется в электронной технике для изготовления монокристаллов германия, содержащих только несколько миллионных долей примесей. Конструкция используемой при этом установки .схематически показана на фиг. 2.2.
Кристаллы можно также выращивать вертикально методом плавающей !зоны1), при котором металл по длине не соприкасается с какой-либо оболоч-:кой [81. Образец в форме стержня зажимается сверху и снизу водоохлаждае-мыми захватами, и с помощью высокочастотного нагрева или бомбардировкой пучком электронов создается расплавленная зона. Процесс обычно
