Предыдущая страница реферата | 6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 | Следующая страница реферата

 и                                                    (30)

где      Р— коэффициент Пельтье;

R— общее сопротивление участков жидкости и кристалла, примыкающих к фронту кристаллизации;

j— плотность тока.

При одном направлении тока эти эффекты будут складываться, при другом вычитаться.

Если плотность тока такова, что WДж > WП то фронт кристаллизации на данном участке поднимется. Если WДж < WП то опустится. При равенстве теплот Джоуля и Пельтье (WДж = WП) пропускание тока не вызовет изменении формы фронта кристаллизации. Соответствующая равновесная плотность тока будет, очевидно, равна:

Принципиальная схема подвода электрического тока к растущему кристаллу показана па рис.11. Такая схема позволяет выравнивать несимметрично перекошенный фронт кристаллизации. Для выравнивания выпуклого или вогнутого фронта необходима установка контактов с обеих сторон ленты и подвод тока с помощью двух независимых электрических цепей. Были опробованы контакты, закрепленные на ленте, и скользящие контакты, а также три вида токоподводов: жесткая графитовая щетка, кисточка из графитовых волосков и графитовая щетка с наклеенным на нее графитовым полотном. Наилучшим оказался последний токоподвод. Он позволял пропускать токи до 8 А, что соответствовало плотности тока около 20 А/см2. Визуальные наблюдения показали, что пропускание электрического тока позволяет управлять формой фронта кристаллизации (что особенно важно на стадиях затравления и в начальный период роста ленты), а также оказывает влияние на морфологию поверхности растущей ленты.

Рис. 11.

Принципиальная схема управления формой фронта кристаллизации:

/—тигель; 2—расплав; 3 — нагреватель; 4—формообразователь; 5—фронт кристаллизации; б— кристалл; 7 — скользящий токоподвод; в—блок изменения силы и направления тока; 9—нижний шток; 10—линии распределения тока85

Формообразователь был изготовлен таким образом, что его теплопроводность в направлении вытягивания была в 30 раз меньше теплопроводности в плоскостях, перпендикулярных направлению вытягивания. Это позволило получить в центральной части формообразователя строго горизонтальное плоскопараллельное температурное поле, тогда как по краям формообразователя изотермические поверхности имели крутой подъем. Таким образом, с одной стороны, обеспечивается равномерное распределение температуры в зоне кристаллизации, с другой—надежный перегрев всего объема расплава.

Перегрев поверхности расплава вблизи формообразователя в торцовой стенки тигля составляет соответственно 32 и 45 град. При использовании формообразователя из обычного графита эти величины составляли 3 — 6 град.

Сравнивались также формообразователи из графита, кварца и пироуглерода, стенки щели которых были покрыты сажей [НО]. Выяснилось, что сажевое покрытие, играя роль демпфирующего слоя, препятствует образованию поверхностных дефектов на ленте даже при значительном снижении фронта кристаллизации. Нанесение сажевого покрытия позволило использовать для выращивания германиевой ленты формообразователь из кварца, достоинство которого в длительном сохранении его верхней кромки, так как благодаря этому на выращенных лентах отсутствуют поверхностные дефекты в виде продольных полос. Существенным недостатком сажевого покрытия является его недолговечность: через каждые 2—3 процесса необходимо наносить новое покрытие.

Поиски подходящего материала формообразователя оказались особенно трудными при выращивании способом Степанова монокристаллов кремния. Главные требования к этому материалу—несмачиваемость расплавом кремния, отсутствие химического взаимодействия с кремнием и отсутствие примесей, способных переходить в расплав кремния [110, 111].

Изучалась пригодность тугоплавких бескислородных соединений для изготовления тиглей и формообразователей [110, 111]. Были опробованы силицированный графит (смачивается кремнием и частично взаимодействует с ним), карбид кремния (взаимодействует с кремнием и смачивается расплавом германия), алюмонитрид бора (расплавом германия не смачивается, кремний после кристаллизации не отделяется от тигля из алюмонитрида бора), нитрид бора (с кремнием не взаимодействует и не смачивается, но после кристаллизации кремний отделяется от тигля с трудом), азотированный карбонитрид бора (имелись следы постепенного разрушения поверхности тигля вследствие взаимодействия с расплавленным кремнием, в кремний в большом количестве переходил в качестве примеси бор), борированный графит (масса тигля уменьшилась на 0,5% после пяти плавок кремния, расплавленный германий с борированный графитом не взаимодействует).

Конструктивная особенность выращивания профильных монокристаллов

Рассмотрим формообразователь с отверстием произвольного контура из несмачиваемого расплавом материала, например графита (краевой угол смачивания 0 > p/2). Формообразователь постепенно погружается в расплав (рис. 12,а), проходя ряд последовательных положений — от I до V. В положении формообразователь касается расплава нижней плоскостью. Давление, при котором расплав подается в щель (Р), равно нулю, а угол между стенкой щели и поверхностью расплава g=p/2.

При дальнейшем погружении формообразователя угол у увеличивается вплоть до величины q. В момент, когда глубина погружения равна (t0+t), линия контакта расплава в формообразователе совпадает с его верхней кромкой (положение IV), и при последующем повышении давления должно иметь место условие “зацепления”. При этом угол g растет до значения 0+л/2, т.е. достигает угла смачивания с горизонтальной поверхностью формообразователя. Дальнейшее погружение формообразователя приводит к растеканию капли.

Как следует из приведенного рисунка, положения II—V соответствуют выпуклым столбам расплава, которые могут быть образованы внутри формообразующего отверстия (положения I - III) или над ним (IV—V). Таким образом, образование столба расплава происходит в формообразователе под действием давления расплава без затравки.

Произведем касание затравки с мениском типа IV или V в предположении, что площадь сечения затравки много меньше площади формообразующего отверстия. При этом образуется граница фазовый переход—фронт кристаллизации и устанавливается его начальное положение (VI).

И, наконец, собственно выращивание кристалла включает в себя ряд переходных состояний фронта кристаллизации—от начального положения V! до положения VIII.

РИС. 12.

Последовательные стадии формирования столба расплава при выращивании сплошных (цилиндрических) (а) и полых трубчатых (б) монокристаллов германия :

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: налоги в россии, банк курсовых работ бесплатно.





Предыдущая страница реферата | 6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16 | Следующая страница реферата