СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА

Способы выращивания монокристаллов из расплава включают методы Стокбаргера, Чохральского, Вернейля и зонную плавку. В методе Стокбаргера тигель, в котором содержится расплав, перемещают вертикально через печь со скоростью 1–20 мм/ч. Температура в плоскости диафрагмы поддерживают равной температуре кристаллизации вещества. Поскольку тигель имеет коническое дно, при его медленном опускании расплав в конусе находится при температуре ниже температуры кристаллизации, и образуются очень маленькие кристаллы. Аппарат для выращивания монокристаллов по методу Стокбаргера показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Аппарат для выращивания монокристаллов по методу Стокбаргера: (1) тигель с расплавом, (2) кристалл, (3) печь, (4) охладитель, (5) термопара, (6) диафрагма

Из-за геометрического отбора выживает только один кристалл. Выбор связан прежде всего с анизотропией скоростей роста граней монокристалла. Этот метод широко используется в промышленном производстве крупных монокристаллов флюорита, фторида лития, сульфида кадмия и других химических веществ [1, c. 75].

В методе Чохральского монокристалл медленно вытягивается из расплава со скоростью 1–20 мм/ч. Этот метод делает возможным получение монокристаллов определенной кристаллографической ориентации. Метод Чохральского используется при выращивании монокристаллического кремния, монокристаллического германия и полупроводников [1, c. 77]. Аппарат для выращивания монокристаллов по методу Чохральского показан на рисунке 2.

Рисунок 2. Аппарат для выращивания монокристаллов по методу Чохральского: (1) тигель с расплавом, (2) кристалл, (3) печь, (4) холодильник, (5) механизм вытягивания

Метод Вернейля не использует тигель. Вещество в форме порошка подается из бункера через кислородно-водородное пламя на верхнюю расплавленную поверхность затравочного монокристалла, который медленно опускается механизмом. Метод Вернейля является основным промышленным методом получения тугоплавких монокристаллов, таких как рубин, шпинель и рутил [2, c. 60]. Аппарат показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Аппарат для выращивания монокристаллов по методу Вернейля: (1) бункер, (2) кристалл, (3) печь, (4) свеча, (5) механизм опускания, (6) мешалка

В способе зонного плавления создается зона плавления с чрезвычайно ограниченной шириной, и монокристалл получают путем последовательного плавления всего слитка. Метод зонной плавки широко используется при производстве полупроводниковых монокристаллов и таких тугоплавких монокристаллов, как молибден и вольфрам.

Список литературы:

1. Шубников, А.В. Как растут кристаллы / А.В. Шубников. – М.-Л.: Издательство академии наук СССР, 1935. – 175 с.
2. Шубников, А.В. Образование кристаллов / А.В. Шубников. – М.-Л.: Издательство академии наук СССР, 1947. – 74 с.