MONOKRYSTALIZACJA TCS10-F
Zagadnienia wykładowe
- Definicja i podziały procesów - Mechanizm procesu monokrystalizacji
- Metody wytwarzania monokryształów objętościowych
- Metody wytwarzania monokryształów warstwowych
- Rodzaje wytwarzanych materiałów monokrystalicznych
-Przegląd najważniejszych zastosowań Definicja i podziały procesów Monokrystalizacja jest właściwie terminem technologicznym, oznaczającym wytwarzanie niezdefektowanych ziaren, brył danego materiału o pożądanych rozmiarach - od milimetrów do kilkudziesięciu centymetrów; uzyskany materiał posiada lepsze właściwości (mechaniczne, optyczne, elektryczne itp.), aniżeli polikrystaliczny (złożony z wielu ziaren, znacznie zdefektowany). W przeciwieństwie do licznych minerałów naturalnych, wytwarzanie monokryształy nie zawsze posiadają wyraźny kształt geometryczny regularnego kryształu (ale np. walce, płytki, nitki, czy nawet warstwy - powłoki).
Wzrost monokryształu jest heterogenicznym procesem chemicznym w następującym układzie: faza stała - monokryształ faza ciekła - monokryształ faza gazowa - monokryształ. Krystalizacja jednoskładnikowa zachodzi, jeżeli fazy takie zawierają tylko jeden składnik (możliwa obecność śladowych zanieczyszczeń czy domieszek). Krystalizacja wieloskładnikowa to przypadek krystalizacji z rozpuszczalnika lub jako wynik reakcji chemicznej. W każdej z tych grup mamy dalsze podpodziały. FM-1
PODZIAŁY PROC. MONOKRYSTALIZACJI c.d.
Wzrost z układów jednoskładnikowych Faza stała → faza stała -wyżarzanie odkształconego materiału
-wzrost ze szkliw
-przemiany polimorficzne
Ciecz → faza stała
Procesy zachowawcze
-bezpośrednie zestalanie (met. Bridgmana-Stockbargera)
-ochładzanie zarodzi (met. Kyropoulosa)
-wyciąganie (metoda Czochralskiego)
Procesy niezachowawcze
-topienie strefowe (poziome, pionowe, płynna strefa, ruchoma podstawa)
-metoda Verneuille'a (topienie w płomieniu, łuku el.)
Gaz (para) → faza stała - sublimacja - kondensacja
- naparowywanie
Wzrost z układów wieloskładnikowych Faza stała → faza stała -osadzanie z roztworu stałego
Ciecz → faza stała
-wzrost z roztworów wodnych, bezwodnych, solnych (odparowanie, powolne ochładzanie, spadek temperatury) -wzrost w wyniku reakcji chemicznych i elektrochemicznych (środowiska jw., zmiany temperatury lub stężenia)
Gaz (para) → faza stała
(…)
… -modyfikacja MOCVD - wraz z rozwojem syntezy związków metaloorganicznych; przykładowo dla GaAs jest to reakcja: Ga(CH3)3 + AsH3 → GaAs + 3CH4 - pozornie prosta! Wymienione metody cechuje względnie duża szybkość osadzania, chociaż problemem są defekty i zanieczyszczenia Epitaksja z wiązek molekularnych MBE
-metoda wykorzystuje warunki CVD, z tzw. efuzorami, jako źródłem strumienia pierwiastka (b.stab. szybkość…
… - rubiny, szafiry, ametyst, cytryn (Vern. lub hydrotermalnie)
Synteza diamentów - też monokrystalizacja (4-10 GPa, 1500-2300oC)
Inne; W dla katod mikroskopii elektronowej; Ni-Co-Cr-Ta- monokrystaliczne łopatki turbin F-16 (superstop)
FM-15
LITERATURA MONOKRYSTALIZACJI
Procesy technologiczne w elektronice półprzewodnikowej, Pr.zbiorowa, WNT, W-wa 1980
J.Żmija, Technologia otrzymywania monokryształów…
… lub innego wysokotopliwego materiału - grafit, BN)
-konieczny kontrolowany gradient temperatury w tyglu (nawet 0,001 oC) oraz ochrona kryształu (argon, stopiony B2O3 i in.)
-kontrolowany obrót cylindrycznego kryształu i tygla
-dużo parametrów do sterowania i kontroli procesu
Zastosowania: Si, Ge, szafir Al2O3, GaAs i inne AIIIBV (odmiana LEC), granaty i in
Profesor Jan Czochralski 1885-1953 Wydział…
… w porównaniu do metod CZ czy B (np. O i C dla Si) -ograniczenia w średnicy monokryształu (Si do 15 cm gdy Czochralski - 30 cm)
ruch łódki
ruch grzejnika
metoda beztyglowa FZ - przetapianie pionowe Monokryształy: Si, Ge, korund, zw.AIIIBV, TiO2, UO2, granaty i in. FM-9
METODA VERNEUILL'A
-opracował A.Verneuille (Verneuil) ok. 1902 dla syntezy sztucznych kamieni szlachetnych - rubinu, szafiru
-metoda beztyglowa…
… epitaksja; niedopasowanie sieci powyżej 5% powoduje dyslokacje (>polikryształy) -modele wzrostu: Homoepitaksja (warstwa po warstwie)
Model pośredni (warstwy + wyspy)
Wzrost wyspowy (heteroepitaksja) FM-13
WARSTWY EPITAKSJALNE -METODY
Warstwy epitaksjalne są ważnym materiałem w konstrukcji elementów półprzewodnikowych i optoelektronicznych. Wzrasta rola warstw diamentowych (PECVD) jako materiału…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)