монокристал. Потребность расширения номенклатуры искусственных монокристаллов, однако, способствовала
 Скачать 18.97 Kb.
|
|
Потребность расширения номенклатуры искусственных монокристаллов, однако, способствовала разработке новых методов выращивания, принципиально отличных от метода Вернейля. Так, в 1917 г. И. Чохральский предложил вытягивать кристаллы из расплава, находящегося в тигле [86]. Появление данного метода позволило осуществить кристаллизацию при строго контролируемых температурно-временных условиях. Именно метод Чохральского дал возможность проводить процесс кристаллизации в вакууме, а также в контролируемых нейтральных атмосферах. В отличие от метода Вернейля метод Чохральского был подвергнут принципиальным видоизменениям. Так, в 1926 г С. Киропулос заменил операцию вытягивания кристаллов из расплава на направленную кристаллизацию расплава путем плавного снижения его температуры [87]. В этом случае, однако, возникают трудности, связанные с извлечением из тигля выросшего монокристалла. Проблема была решена М. И. Мусатовым, который предложил на заключительной стадии кристаллизации вытягивать монокристалл на расстояние, исключающее контакт монокристалла со стенками тигля [88]. Выращивание монокристаллов рубина и лейкосапфира осуществляется в настоящее время различными расплавными методами Вернейля, Чохральского, горизонтальной и вертикальной направленной кристаллизации, видоизмененным методом Киропулоса и др. В 1909 г. М. А. Вернейль [29] впервые получил своим методом голубой корунд (сапфир). В качестве красящих примесей он использовал оксид титана (0,5%) и магнетит (2,5%). По данным Г. Смита [29], в настоящее время в щихту добавляют некоторое количество железа. Однако в спектре поглощения следы железа не обнаружены, что указывает на вероятность его улетучивания в процессе роста кристалла. Метод Киропулоса, как и метод Чохральского, относится к методам с неограниченным объемом расплава. В отличие от метода Степанова, для реализации метода Киропулоса не используются капиллярные силы. Этот метод заключается в том, что выращивание монокристаллов осуществляется непосредственно в расплаве путем плавного снижения температуры. При этом затравочный кристалл может возникать на специально вводимом в расплав холодильнике (за счет геометрического отбора). Используется также затравочный кристалл, предварительно укрепленный на холодильнике (рис. 69). Схема установки для выращивания кристаллов из расплава по методу Киропулоса Схема устройства для выращивания кристаллов по методу Киропулоса приведена на рис. 18. Учет распределения примесей в методе Киропулоса позволяет установить, что при 7п = О (где 7п — удельная скорость испарения примеси) выражение для распределения примеси в монокристалле имеет следующий вид Согласно соотношению (5.32), распределение примеси в монокристалле при выращивании методом Киропулоса носит явно сложный характер. Близки по идеологии к методу Чохральского методы Киропулоса, Мусатова, Степанова, при реализации которых успешно используется аппаратура по методу Чохральского, хотя в нее вносятся существенные конструктивные видоизменения. Например, в методе Киропулоса не используется механизм перемещения, в то время как в методе Мусатова этот механизм используется на последней стадии процесса. Для примера на рис. 89 а, б изображены цех производства лейкосапфира по методу Степанова в Минатоме РФ (ФГУП НИИ НПО Луч , НТЦ Исток ) и монокристаллы, выращенные на данном производстве. При. М. в. из расплава контейнер с расплавом и затравкой охлаждают так, чтобы у границы раздела кристалл — расплав, к-рая перемещается в ходе кристаллизации, поддерживалось оптим. переохлаждение. Этого достигают, обдувая контейнер потоком воздуха (метод Обреимова — Шуб-никова), перемещая нагреватель относительно расплава (метод Бриджмена), вытягивая затравку из расплава по мере роста кристалла без ее вращения (метод Киропулоса) или с вращением (метод Чохральского). Затравке и щели, из к-рой вытягивают кристалл, иногда придают спец. форму, выращивая монокристаллы разного профиля (метод Степанова). Используют также напыление капель расплава на затравке (метод Вернейля). Максимальную скорость растворения имеет грань (110). Поверхность грани (100) выявляется четко, а грани (111) и (ПО) плавно переходят к соседним. Аналогичная зависимость скоростей растворения от направления в кристалле получена и на монокристаллах КС1 и КВг, выращенных из химически чистых солей по методу Киропулоса. Так, из всех кристаллов системы КС1 — К Вг, выращенных из расплава по методу Киропулоса, наибольшую дефектность обнаружил кристалл состава 80% КВг — 20% КС1. Максимум электропроводности приходится на малые содержания КС1 и КВг в твердом растворе [4]. Только второй максимум электропроводности можно считать соответствующим повышенной дефектности кристалла (рис. 1 и 2). Таким образом, изучение только одного физического свойства различных кристаллов не объясняет влияния дефектов Шоттки на это свойство. Необходимо задуматься над тем, какого типа дефекты могут оказывать влияние на характер зависимости электропроводность — состав , обнаружить эти дефекты, а для однозначности решения задачи постараться отыскать |