Va yarimotkazgichli asboblar texnologiyasi
Download 94.09 Kb. Pdf ko'rish
|
Kiropulos usuli. Bu usulda xam irturush suyulmaga kiritiladi va keyin undan tortib chiqarilmaydi, suyulma ichida o'sa boshlaydi, bunga m odda suyulishi tem peraturasiga mos izotermaning suyulmaning ichkarisiga ko'chishi sababchi bo'ladi. Bunga erishish uchu suyulmaning tem peraturasi pasayganda kristall (xam ir turush) tutgich orqali xam irturushni sovitiladi. Kiropulos usuli dia- metrining balandligiga (uzunligiga) nisbati katta bo'ladigan kristallarni o'stirishda qoilaniladi. Kristallni suyulmadan tortib olish usullari normal yo'nalgan kristallanish usulidan quyidagi afzalliklarga ega. Kristall erkin fazoda o ksadi, tigel unga mexanik ta ’sir ko'rsatm aydi, qurilm a o'sayotgan kristall oicham larini har xil qilib olish im konini beradi. Kristall o'sishi jarayonini kuzatib turish mumkin. Bu usullar kremniy monokristallari olishda asosiy o 'rin tutadi. Jahonda olinadigan kremniy m onokristallari yiliga 2000 tonnadan ortiq. Texnologik qurilm alar tobora takom illashm oqda. Masalan, 1960-yilda kremniy kristallari o'stiradigan tigelning sig'imi 1 kg b o isa , hozir u 60 kg dan ortiq. O'stirilgan kristallar diam etri 150-300 mm va uzunligi 1,5-2 m ga yetdi. Ularning tuzilishi ham mukam m allashib borm oqda, dislokatsiyalarsiz kristallar o'stirilm oqda. 11.37-rasm. Zonaviy suyultirish usulida kristall o'stirish: a) gorizontal z o n a v iy suyultirish; b) vertikal tig e lsiz zon aviy suyultirish: 7-xamirturush; 2-kristall; 3-su yu lgan zona; 4-dastlabki m odda; 5-jips yop ilad igan kamera devori; 6-induktor; 7-kristall tutgich; 5 -tig el. b) ■A.gpg./ HC= Т Г / " V / * 6 a ) * - J 2 1 - 11.36-rasm. K i r o p u l o s u s u l i d a krist a lla r o ' s t i r i s h . /-xam irturush; 2-kristall; 3-tigel; -/-suyulm a. 116 Bu usullar yarim o'tkazgich m onokristaliarni o'stirish va moddalarni chuqur tozalashda muhimdir. Ularning bir fazilati kristallarni o'stirayotganda kirishmalarni ham bir tekis kiritish imkoniyatidir. Bulardan gorizontal va vertikal zonaviy suyultirish, tigelsiz zonaviy stiyultirish va Verneyl usullarini ko‘rsatish m umkin. Gorizontal zonaviy suyultirish usulida (11.37, a -rasm) kristallanuvchi modda tigelga joylanadi. Tigelning bir chetiga monokristall xam irturush joylanadi. Jarayon boshida xam irturush — dastlabki m odda chegarasida suyuq zona hosil qilinadi. Uning, dastlabki m odda orqali, xam irturushdan to tigelning boshqa chetiga siljib borishi tufayli monokristall o ‘sib boradi. M azkur usulda kristallni tigeldan foydalanmsdan o'stirish m um kin (suzuvchi zona usuli) (11.37, Z?-rasm). Bu usul juda toza monokristallarni o ‘stirishda keng q o ‘llaniladi. Tigelsiz zonaviy suyultirish jarayonida nam unadagi suyulgan zonani sirtiy taranglik kuchlari ushlab turadi. (II.38-rasm ). Kristallning shakli qanday b o ‘lishligi gidrostatik bosim va suyulm aning sirtiy tarangligi munosabatiga bog'liq. Bu usulni kremniy texnologiyasida qo'llash diam etri 100 mm va undan ortiq bo'lgan m onokristallar olish imkonini berdi. (II.38-rasm ) M onokristallarni tigelsiz, taglikdan o'stirish (garnissaj) usuli ham ishlab chiqilgan. Bu usulda suyultiriladigan katta diam etrli sterjenning (taglikning) yuqorigi yuzida suyulma hosil qilinadi va xam irturush yordamida kristall tortib olinadi. 7.2.4. Zonaviy suyultirish usullari & к 1 ] гг, e) II.38-rasm. Induktor diametri suyultiriladigan sterjen diametridan kichik bo’lgan holda tigelsiz zonaviy suyultirish usulida kristalni o ’stirish jarayoni bosqichlari (vb v2 - mos ravishda, sterjen va xamirturush harakati tezliklari): д -suyulm a tom ch isi h osil qilish; Zbxamirturushni h o ’llanishi; ^-diametrni shakllantirish; e - o ’zgarm as diametrli kristalni o ’stirish. 117 Bu usulning afzalligi shundaki, uning yordam ida uzunlik va ko‘ndalang kesim bo‘yicha kirishm alar yuqori darajada bir tekis taqsim langan m onokristallar olish mumkin. M onokristallarni tigelsiz o ‘stirish usullari qiyin suyuladigan yarim olkazgich m oddalar olishda ayniqsa ahamiyatlidir. Verneyl usulida xam irturush kristall uchini alangada suyultiriladi. Bu usulni birinchi m arta sapfir m onokristallarini o ‘stirishda q o llanilgan (II.40-rasm ). Uni alangaga bardoshli m oddalar kristallarini o ‘stirishda qoilaniladi. U ndan hozir sapfir. rubin, rutil, uirkoniy oksidi, ittriy oksidi, nikelli ferrit va boshqa kristallarni o'stirishda foydalaniladi. 7.3. Kristallarni eritmadan o ‘stirish Bu jarayon oldin ko‘rilgan toza suyulm adan o ‘stirishga nisbatan an cha past tem peraturalarda olib borilishi mumkin. Ushbu usul bilan -juda yuqori suyulish tem peraturasiga ega b o ig an m oddalar kristallarini (masalan, olm osni); -suyulish tem peraturasida tarkiblovchilari b u g ! bosimi juda yuqori b o ig a n yoki parchalanib suyuladigan kimyoviy birikmalarni; -suyulmasi yuqori darajada qovushoq b o ig a n m oddalar kristallarini; -past tem peraturali polim orf (ko‘p shaklli) m oddalar kristallarini o'stirish mum kin. Jarayonning past tem peraturali b o iish i ko‘pincha tozaroq va m ukam m alroq m onokristallar olish imkonini beradi. Erituvchiga q o ‘yiladigan talablar: -u kristall o'stirish jarayoni tem peraturasini m uhim darajada pasaytirishi va o ‘z b u g ln in g bosimi yetarlicha past bo iishi kerak; -o ‘stirilayotgan kristallni ifloslamasligi, ya’ni taqsim ot (segregatsiya) koeffitsienti kichik b o iish i kerak; -uning kristalldagi atom lari neytral kirishma b o iish i m a’qul. Bunday erituvchini tanlab olish ancha qiyin. kristallni tigelsiz o ’s- tirish usuli: /-ta g lik ; 2-induktor; 3-suyulm a; 4 - o ’stirila- yotgan kristall. 118 U shbu hollar farq qilinadi: 1. 0 ‘stirilayotan kristall tarkibiga kirmaydigan m odda erituvchi xizmatini bajaradi (m asalan, N aC l kristallini o ‘stirishda suv). 2. O ^tirilayotgan birikm aning tarkiblov- chilaridan biri erituvchi b o ia d i (masalan, G aP kristallini o ‘stirishda). Birinchi holda o ‘stirilgan kristall erituvchining barcha tarkiblovchilari kirish m alar sifatida qoldiq kirishmalar bilan birga- likda mavjud b o iad i. Shuning uchun bunday kristallar uncha toza emas. Ikkinchi holda eritm ada chet m oddalar yo‘q, o ‘stirilayotgan kristallaming tozalik darajasini faqat eritm a tarkiblovchilari tozaligi aniqlaydi. Eritm adan kristall o ‘sishi holida bu jarayon quyidagi bosqichlardan iborat: -dastlabki tarkiblovchilarning erishi; -tarkiblovchilarning eritm aning suyuq fazasi orqali kristallanish fronti tom oniga diffuziyalanishi; -kristallanish frontida tarkiblovchilarning o lirib qolishi; -kristallanish issiqligining sochilishi. Eritm adan hosil qilinayotgan kristallam ing o ‘sish tezligi o ‘z suyulm alaridan olinadigan kristallarnikiga nisbatan ikki-uch tartib cham asida kam ( 10_3- 10"2 sm /soat) b o ia d i, am m o uni oshirishning b a’zi choralari ham mavjud. Kristallanuvchi m oddaning eruvchanligini oshirish uchun shu m odda bilan ta ’sirlashuvchi tarkiblovchilar eritm aga qo£shiladi. U lam i mine- ralizatorlar deyiladi. Eritm alardan yarim olkazgichlar m onokristallarini o ‘stirish usullari bir-biridan eritm aning kristallanuvchi m odda bilan o ‘ta to ‘yinishini qanday hosil qilinishi bilan farqlanadi: -erituvchining buglanishi bilan; -kristallanuvchi m odda manbayi va xam irturush orasida tem pera- turalar farqi vujudga keltirish bilan; II.40-rasm. Alanga bilan suyultirish usulida (Ver- neyl usuli) kristallni o'stirish: 1 -o'stirilayotgan kristal; 2-suyulm a; 3-alanga; 4-dastlabki m odda kukni va kislorod yuboriladigan nay- cha; 5-vodorod yuboriladigan naycha. 119 -elektr m aydonda kristallash bilan; -to'yingan eritm ani sekin sovitish bilan; -butun nam unada hosil qilingan tem peratura gradienti bo'lgani holda zonaviy suyultirish bilan. Maxsus xam irturushlar kiritmasdan, balki kristallanish markazlarining o ‘z -o “zidan (spontan) paydo bo'lishi va o ‘sishi yo‘li bilan ham eritm adan kristallarni o ‘stirish m um kin (ommaviy kristallanish) yoki kristallni xam irturush atrofida o ‘sishini nazorat qilib o ‘stirish m umkin. Eng sodda holda kristall o'sishi uchun kerak bo'lgan eritm aning o ‘ta to'yinishini erituvchining bug'lanishi yoki to'yingan eritm aning sekin sovitilishi orqali paydo qilinadi. Bu holda ommaviy kristallanish oqibatida kichik kristallar olinadi, ularda nuqsonlar ko‘p, kirishm alar juda notekis taqsimlangan. Yirik kristallarni eritm alardan xam irturush asosida o ‘stirish xuddi suyulmadan o ‘stirish usullariga o ‘xshab ketadi. 7.3.1. Temperatura gradientili zonaviy suyultirish usuli Ushbu usul kristallarni eritm adan o'stirishning m uhim usulidir. 1 xam irturush va dastlabki 3 (A) m odda orasida 2 erituvchining yup qa qatlam i joylashgan. Ular tem pe raturasi taqsim oti 11.41, 6-rasm da tasvirlangan pechga joylanadi. Ti- zim ning TmajcS, eng katta tem pe raturasi A m oddaning suyulish tem peraturasidan past, eng kichik Tmin tem peraturasi esa A -В evtevtikaning suyulish tem peraturasidan yuqori qilib olinadi. В erituvchi A m odda bilan tutashgan holda suyuq faza hosil qiladi va u har ikki yo‘na- lishda gorizontal ravishda tarqaladi. Zona chegaralari tem peraturasi Tj va T 2 b o ‘lib qolguncha (ular A -В 11.41-rasm. Temperatura gradienti bo‘lgan holda kristallni zonaviy su yultirish usulida o ‘stirish: a) - A (kristallanuvchi m odda) - В (eri tuvchi) tizim i holatlari diagram m asining qism i; b - namuna b o 'у lab temperatura taqsim oti ( / - A m odda xamirturushi; 2 -su yu q A-B eritm a zonasi; 3 - dastlabki A m odda). 120 tizimning muvozanatiy holatiga mos keladi) A m oddaning erishi davom etadi. A m oddaning muvozanatiy zichligi o ‘ng chegara yaqinida chap chegara yaqinidagidan yuqori. Suyulgan zonada (sohada) A m odda zichligining gradienti o ‘rnashadi va u zonaning issiq chegarasidan sovuq chegarasiga tom on diffuziyalanadi. Oqibatda suyulgan zona temperatura gradienti ta ’sirida nam unaning issiqroq uchi tom onga ko‘chadi. Bu ko‘chish zona ichida erituvchi zichligini o ‘zgartiradi. В erituvchining zonadagi miqdori uning A qattiq fazadagi eruvchanligi hisobidan ham kamayadi. Suyulgan zona ko'chishi tezligini II.42-rasm. Temperatura gra dienti boigan holda bir jinsli kristallarni zonaviy suyultirish usulida o 4stirish I-A m odda kristali; 2-suyuq A-B eritm a zonasi; 5-dastlabki A modda; -/-ikki zonali pech. oshirish uchun tem peratura gradienti (dT /dx) va A tarkiblovchining suyuqlikda D diffuziya koeffitsienti katta b o iish i va likvidus chizigl og'maligi (dT /dc) kichik b o iish i kerak. Bir jinsliroq kristallarni o'stirish uchun tem peratura gradienti kichik bo iish i, A qattiq fazada В erituvchi juda kam eruvchanlikka ega boiishi kerak. Eritmaning zonasi orqali elektr tok o lk azib , izotermik sharoitda kristallash mumkin. Bu holda ionlarning ko'chishi va Peltye effekti hisobiga kristallanish frontida eritma o l a to ‘yinadi. Manba ~ eritma chegarasida Peltye issiqligi ajraladigan, eritma — taglik chegarasida esa u yutiladigan qilib tok yo'nalishi tanlanadi. Pelte issiqligi ta ’sirida manba qatlami eriydi, shu vaqtda boshqa chegarada tem peratura pasayib, eritma o l a to'yinib qoladi, kristallanish yuz beradi. Elektrik m aydonda bunday kristallanish jarayon tem peraturasini bir m uncha pasaytirish imkonini beradi, bu esa m azkur usulning afzalligidir. 7.3.2. Kvars monokristallarini o‘stirish Kvars kristallari sanoatda muhim ahamiyatga ega. Ularni tem peratura gradienti mavjud b o lganida xam irturushlarda o'stirish usulini qarab chiqaylik. 121 Kvarsning erituvchisi sifatida suv ishlatiladi. Yuqori tem peratura va bosimda, m ineralizator (N aO H ) ishtirokida amalga oshadigan kvars kristallari o'stirish quyidagi tartibda olib boriladi: - CC-kvarsning mayda donalari kukuni reaktor-avtoklav tubiga solinadi, uning yuqorigi qismida a - kvars xam irturushlari osib qo4yilgan; -avtoklavning (0,8) qismi ishqoriy eritm a (0,5N aO H ) bilan to'ldiriladi; -avtoklav ikki zonali pechda tik vaziyatda joylanadi; -avtoklavning kukunli pastki qismining tem peraturasi yuqorigi qism — o'sish zonasi tem peraturasidan yuqori; -tem peraturani suvning kritik tem peraturasi 374°C dan pastroqqacha oshirilganda eritma sathi ko'tariladi va ishchi xajmni to 'la egallaydi; -avtoklav ichidagi bosimni tem peraturalar maydoni va uning dastlabki eritm a bilan to'ldirilishi aniqlaydi; -pastki zona tem peraturasi 400°C , yuqorigi zonaniki 350°C, avtoklavdagi bosim 200 M Pa bo'lganida (2 -kvars monokristallarining o'sish tezligi [0001] yo'nalishda sutkada 2 mmga yetishi m umkin; -kristallanish fronti yaqinida оЧа to ‘yinish 400°C da to'yingan eritmaning o'sish zonasiga konveksion ko'chirilishi hisobiga hosil qilinadi. Bu zonada 350°C da eritma o 'ta to'yingan bo'lib qoladi. Bu usul bilan kvarsning eng yirik va m ukammal monokristallari o'stiriladi. Kvars kristallarini o'stirishda avtoklav (tigel) p o la td a n yasaladi. Boshqa m oddalar uchun esa asl metalllardan ichki qistirmalardan foydalaniladi. Bayon qilingan usul bilan yana bir qancha m oddalarning yirik kristallari o'stiriladi (sapfir, rubin, rux oksidi, ittriy-tem ir granat va b.). Kristallarni eritm alardan o'stirish qonuniyatlari va usullari yarimo'tkazgichli asboblar texnologiyasida epitaksial qatlam lar olish uchun keng qoilaniladi. 7.4. Kristallarni gazsimon fazadan o ‘stirish Gazsimon fazadan kristallarni o ‘stirishda qo llanadigan usullarning ikki guruhi bor: 1. Toza fizik kondensatsiyalanishga asoslangan usullar. Ularning eng muhimi sublimatsiya-kondensatsiya jarayoniga asoslangan usuldir: 122 2. Kristallanish zonasida (sohasida)_ gazsimon kimyoviy birikmalarning parchaianishi (yoki tiklanishi) hisobiga kimyoviy sintezlanish va kimyoviy ко ‘chirishga asoslangan usullar. Elektronlar texnikasining gazsimon fazadan olinadigan eng m uhim materiallari monokristallari orasida birinchi o ‘rinlarda A[IBIV, A IVB VI birikm alar va kremniy karbidi turadi. Kristallarni gazsimon fazadan suyulish tem peraturasidan ancha pst tem peraturalarda o ‘stirish mumkin. Bunda amalda har qanday m oddalar Tjt ll.43-rasm. Gaz fazadan kris- tallami o‘stirish uchun qo‘llanila- digan yopiq va oqimli (ochiq) tizimlar: a -y o p iq tizim ; 6 -o q im li tizim ( 1 - kon- teyner; 2-dastlabki m odda (shixta); 3 - yalpi kristallanish zonasi; 4 - m onokristall xam irturush). kristallarini hosil qilsa b o ‘ladi. Sublimatsiya-kondensatsiya usuli bilan kristallash. Bu usul bug‘i suyulish tem peraturasidan pastda yetarlicha yuqori bosim hosil qiladigan m oddalar kristallarini boshqa gazsimon usullar nochor b o ‘lgan holdagi m oddalar kristallarini o ‘stirishda qollaniladi. Bu usulda kristallanishni yopiq yoki oqimli tizim larda o ‘tkaziladi. Yopiq tizim kavsharlangan kvars ampulasi b o lish i mumkin. Qiyin suyuluvchan m oddalar uchun korund (AI2O 3) yoki qiyin suyuluvchan m etalllardan tayyorlangan kavsharlangan tigellardan foydalanish mumkin. Ba’zi hollarda, zaruratan, tigellarni boshqa m ateriallardan (masalan, grafitdan, shisha ugleroddan) jips yopilmaydigan qilinadi, am m o, tigeldan b u glarning chiqib ketishi kam bo'lishi kerak (kvaziberk tizimlar). ll.44-rasm. Ampulada kim yoviy transport reaksiyadan foydalanib kristall o‘stirish: a -p ech balandligi b o cyich a temperatura taqsim oti; Z>-tortib chiqarish boshida am- pula vaziyati; (i-jarayonning k eyin gi b os- qichi. 123 Berk (yopiq) tizimlarda massa uzatilishi m olekulyar dastalar (vakuumda ), yo m olekulyar yoki konventiv diffuziya orqali amalga oshiriladi. Oqimli tizimlarda kristallar o'stirishda dastlabki m odda bu glarini kristallanish zonasiga inert gaz olib boradi. Kimyoviy reaksiya ishtirokida kristallanish usullarini suyulish tem peraturasidan past da o 4z bug4- lari bosimi kichik b o iad ig an m oddalar yoki sublimatsiya jarayonida o 4z tarkibi buziladigan m oddalar kristallarini o ‘stirishda qoilaniladi. Kimyoviy transport ishtirokida kristallarni o ‘stirish berk yoki kvaziberk tizimlarda bajariladi: gazsimon kimyoviy birikm alarni parchalash (yoki tiklash) usulini oqimli tizimlarda qoilaniladi. Kristallarni gazsimon fazadan o 4stirish usullarining barchasida kristallanish markazlarining o 4z-o 4zidan hosil bo lish id an yoki xam irturushlardan foydalanish mumkin (II.43-rasm ). Birinchi holda o'stirilgan ignasimon kristallar, plastinasimon yoki polikristall o 4smali kristallar elektron texnikada kam dan-kam qo llanad i. Ba’zi hollarda xamirturushsiz texnologiya yetarlicha yirik m onokristallar beradi (11.44- rasm). B uglii xamirturush kristallchaga nazoratli o lq azish usuli bilan kimyoviy tarkibi va stexiometriyasini nazorat qilib, o'stiriladigan yetar licha yirik (diametri 100 mm gacha) kristallar hosil qilish mumkin. Bun day jarayonning tasviri HgSe monokristallari olish uchun II. 45-rasm da keltirilgan. Dastlabki polikristall m oddani 2 kvars am pulaning 1 tigeliga solinadi. Ampulaning yuqorigi qismida 3 monokristallik xam irturush joylanadi. Ampulani birikmaning sublimatsiya tem peraturasigacha 4 pechda qizdiriladi. 4 va 5 pechlar siljib, kristall va bug4 faza chegarasida zaruriy tem peraturalar gradientini hosil qiladi. 124 г Щ У b) a) cl) II. 45-rasm. Monokristallami bug4 fazasidan (a) o'stirish va pechlar tem- peraturalari taqsimoti (b, d)\ 1 Download 94.09 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling