Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9 | Следующая страница реферата

3.Расмотреть на примере кремния.

           

КВАЗИРАВНОВЕСНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

С ФОРМООБРАЗОВАНИЕМ МЕНИСКА РАСПЛАВА

(СПОСОБ СТЕПАНОВА)

a Теоретические основы формообразования.

Принципиальная основа и методика получения фасонных изделий из металлов и полупроводников с использованием различных эффектов (сил поверхностного натяжения, тяжести, электромагнитного взаимодействия, гидродинамических явлений и т.п.), формирующих мениск расплава в процессе вытягивания кристалла, разработаны чл.-корр. АН СССР А. В. Степановым'.

Жидкость может принимать определенную форму не только с помощью стенок сосуда, но и вне сосуда, в свободном состоянии. На этом основано формообразование профилированных кристаллов, принцип которого сформулирован А. В. Степановым : форма или элемент формы, которую желательно получить, создается в жидком состоянии за счет различных эффектов, позволяющих жидкости сохранить форму; сформированный так объем жидкости переводится в твердое состояние в результате подбора определенных условий кристаллизации.

А. В. Степанов предложил, например, формировать мениск при помощи специальных формообразователей. помещаемых в расплав так, чтобы мениск расплава приподнимался над щелью в поплавке, лежащем на поверхности расплава в тигле и изготовленном из материала, не смачиваемого расплавом. Для формообразования мениска можно применять также электромагнитное поле высокочастотного индуктора.

Таким образом, формообразующее устройство в общем случае представляет собой довольно сложный комплекс элементов. Оно позволяет управлять формой, геометрией, тепловым состоянием столба расплава и вытягиваемого кристалла, а также распределением примеси в кристалле. Твердый формообразователь характеризуется физическими свойствами материала, из которого он изготовлен (его смачиваемостью, плотностью, теплопроводностью, теплоемкостью), а также конфигурацией (форма отверстия или щели, глубина отверстия, форма. отверстия по глубине).

В теории вытягивания кристаллов по способу Степанова предполагается  условие:

* сумма потоков тепла, выделяющегося при затвердевании расплава, и тепла, поступающего к фронту кристаллизации из жидкой фазы, равна потоку тепла, отводящемуся от фронта. кристаллизации через твердую фазу.

           

Данное условие нужно для устойчивого роста кристалла с сохранением габаритов его поперечного сечения, угол сопряжения жидкой фазы с поверхностью растущего кристалла a  является одной из важных капиллярных характеристик, определяющих процесс роста и формообразования кристалла. Таким образом, форма поперечного сечения кристалла зависит от тепловых и капиллярных условий процесса.

РИС. 1. Форма мениска расплава и изменение  контактного угла при вытягивании кристалла из расплава:  а -  стационарный рост, а = 0;  б - сужение кристалла, а < 0;  в - расширение кристалла, а > 0

Как показано на рис. 1, предполагается, что достаточно большим отрицательным значениям угла a соответствует уменьшение диаметра кристалла, большим положительным значениям – увеличение диаметра.

Предельные отрицательные и положительные значения a определяются величиной угла смачивания 00 на границе твердой и жидкой фазы (для германия 00 = 450, для кремния 00 = 600):

                                          (1)

При соблюдении условия (8) и в приближении достаточного медленного вытягивания, чтобы можно было пренебречь кинетической энергией расплава, движущегося за кристаллом, форма мениска, соответствующая минимуму  энергии  системы, определяется уравнением Лапласа:

                                                   (2)

Где                P - давление, действующее на мениск в данной точке;

s - поверхностное натяжение расплава;

R и R1 - главные радиусы кривизны мениска.

Решение уравнения (2) показывает, что в условиях стационарного роста кристалла (см. рис. 1, a) высота • мениска h0 связана с радиусом кривизны периметра фронта кристаллизации R0 соотношениями

         при                                       (3)

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: оформление доклада, курсовая работа по управлению.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6  7  8  9 | Следующая страница реферата