Методы выращивания монокристаллов

Метод Чохральского
Схема выращивания кристаллов методом
Чохральского.

---

Выращивание из расплавов
Достоинства метода 
1)
отсутствие непосредственного контакта кристалла со стенками тигля, что 
позволяет получать ненапряженные образцы;
2)
при необходимости извлечение кристалла на любом этапе выращивания;
3)
возможность управления геометрической формой кристалла при изменении 
температуры расплава и скорости вытягивания. Последний прием используется 
для получения малодислокационных и бездислокационных кристаллов. 
КАК?
На первом этапе увеличивая скорость вытягивания стимулируют уменьшение 
диаметра кристалла. При этом, большинство дислокаций, оси которых выходят на 
боковую поверхность кристалла, в месте сужения выклиниваются. Далее, уменьшая 
скорость вытягивания, увеличивают диаметр були, уже с меньшим числом
дислокаций. 
Все эти качества способствовали широкому распространению метода Чохральского
при выращивании 
монокристаллов кремния, германия, лейкосапфира, иттрий-
алюминиевого граната и других представителей этого семейства, ниобата лития, 
фосфида и арсенида галлия и многих других функциональных материалов.
Метод Чохральского

---

Выращивание из расплавов
Недостатки
Главным недостатком метода является химическая неоднородность выращиваемых 
кристаллов - монотонным изменением их состава вдоль направления роста, а также 
риск загрязнения расплава примесями из разогреваемого контейнера. 
ЧТО ДЕЛАТЬ?
Метод Чохральского
Схема оптического/лазерного нагрева в методе 
Чохральского: 1 – вытягиваемый монокристалл, 2 –
источник оптического нагрева, 3 – расплав, 4 –
спресованная шихта 
Разновидность метода Чохральского
способа «холодного тигля», или гарниссажа. 
Спресованная исходная шихта плавится под 
воздействием индукционных токов лишь в 
центральной ее части
, 
в то время как 
периферийный слой, соприкасающийся с 
холодным контейнером, формирует с 
закристаллизовавшейся корочкой так 
называемый 
гарниссаж
, 
не проницаемый 
для расплава. Положение границы раздела 
между расплавом и периферийным слоем 
контролируется мощностью нагревателя. 

---

Выращивание из расплавов
Метод Степанова – разновидность метода Чохральского -
вытягивание кристалл через
формообразователь (фильеру).
Фильера помещается на поверхности расплава и представляет собой поплавок –
формообразователь,
позволяющий
выращивать
монокристаллы
сложных
геометрических форм, включая стержни, пластины, пустотелые трубки, нити и т. д.
Необходимая
форма
кристалла
образуется
первоначально
в
жидкой
фазе
преимущественно за счет капиллярного эффекта и затем контролируется температурой в
зоне кристаллизации, скоростью вытягивания и интенсивностью охлаждения растущего
кристалла.
Дальнейшее
развитие
способа
Степанова
реализовалось
в
получении
монокристаллических волокон корунда. При вытягивании «нити» пленка расплава
непрерывно пополняется за счет капиллярных сил, движущих расплав из тигля к торцу
формообразователя. Скорость вытягивания монокристаллических корундовых волокон
диаметром 0.1 мм достигает 50 см/мин.