Технологические неоднородности состава кристаллов и методы их уменьшения

Причины неоднородностей:

1. Некоторые колебания Т печи.

2. Нестабильность скорости механического перемещения частей системы.

3. гидродинамические неоднородности и т.д.

Все эти причины вызывают хаотические локальные колебания состава как по длине, так и поперечному сечению. Самый главный фактор - неравномерное распределение потоков жид. в расплаве, который омывает фронт кристаллизации. Это вызывает неравномерность толщины диффузионного слоя (б) у поверхности фронта кристаллизации, а →приводит к неоднородному распределению примеси.

При вытягивании кристалла из расплава без вращения, в расплаве возникают конвективные потоки жид., направленные от более горячих стенок тигля к более холодному центру(а). В результате такого неоднородного омывания фронта кристаллизации диффузионный слой у фронта приобретает форму, показанная пунктиром, т.е. в центре сечения кристалла примеси больше, чем на периферии.

….

Вращение тигля с раствором будет приводить к усилению неоднородности толщины слоя и неоднородности распределение примеси, т.к. под действием центробежных сил более горячие (более легкие) части расплава будут двигаться от периферии к центру, а более холодные (более тяжелые)- наоборот (рис б).

На рисунки в: при вращении и кристалла в неподвижном тигле, плоская поверхность фронта кристаллизации действует как диск центробежного насоса, которое создает в центра расплава восходящие потоки жид. Направленных конвекционных потоков, за счет чего ↓ неоднородность распределения примеси.

На практике проводят одновременное вращение тигля и кристалла в противоположных направлениях. Вращение тигля обеспечивает осевую симметрию теплового поля в области расплава, т.к. очень трудно выставить на одну ось нагреватель, тигель и затравку.

При одновременном вращении движение потоков имеет сложный характер и зависит от направления вращения, от числа оборотов, от соотношения диаметра тигля и диаметра кристалла.

Установлено, что кристалл необходимо вращать с мах скоростью, а кристаллл с min.

Для подавления потоков жидкостью в электронно-проводящем расплаве, можно поместить тигель с расплавом в магнитном поле.

Локальная неоднородность распределения примеси существенно усложняется при искривлении фронта кристаллизации, форма которая определяется тепловым фронтам роста.

Т.е. в продольном сечении кристалла будут полосы примеси, которые воспроизводят последовательное положение фронта кристаллизации. В поперечном - в виде кольцевой спирали или фигуры кольцеобразной формы.

Поиск по сайту: