|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Монокристалл | Монокристалл (далее М) отдельный однородный имеющий непрерывную решетку и характеризующийся анизотропией свойств (см. Кристаллы). Внешняя форма М обусловлена его структурой и условиями кристаллизации. Часто М приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях огранка проявляется слабо. Примерами ограненных природных М могут служить М кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. От М отличают поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких М
М ценны как материал, обладающий особыми физическими свойствами. Например, алмаз и боразон предельно тверды, флюорит прозрачен для широкого диапазона длин волн, кварц - пьезоэлектрик (см. Пьезоэлектричество). М способны менять свои свойства под влиянием внешних воздействий (света, механических напряжений, электрических и полей, радиации, температуры, давления). Поэтому изделия и элементы, изготовленные из М, применяются в качестве различных преобразователей в радиоэлектронике, квантовой электронике, акустике, вычислительной технике и др. Первоначально в технике использовались природные М, однако их запасы ограничены, а качество не всегда достаточно высоко. В то же время многие ценные свойства были найдены только у синтетических Поэтому появилась необходимость искусственного выращивания М Исходное вещество для выращивания М может быть в твердом (в частности, в порошкообразном), жидком (расплавы и растворы) и газообразном состояниях.
Известны следующие методы выращивания М из расплава: а) Стокбаргера; б) Чохральского; в) Вернейля; г) зонной плавки. В методе Стокбаргера тигель с расплавом 1 перемещают вдоль печи 3 в вертикальном направлении со скоростью 1-20 мм/ч (рис. 1). температура в плоскости диафрагмы 6 поддерживается равной температуре вещества. Т. к. тигель имеет коническое дно, то при его медленном опускании расплав в конусе оказывается при температуре ниже температуры и в нем происходит образование (зарождение) мельчайших из которых в дальнейшем благодаря геометрическому отбору выживает лишь один. Отбор связан главным образом с анизотропией скоростей роста граней М Этот метод широко используется в промышленном производстве крупных М флюорита, лития, сернистого и др.
В методе Чохральского М медленно вытягивается из расплава (рис. 2). Скорость вытягивания 1-20 мм/ч. Метод позволяет получать М заданной ориентации. Метод Чохральского применяется при выращивании М иттриево- граната, ниобата лития и полупроводниковых М А. В. Степанов создал на основе этого метода способ для выращивания М с сечением заданной формы, который используется для производства полупроводниковых М
Метод Вернейля бестигельный. Вещество в виде порошка (размер частиц 2-100 мкм) из бункера 1 (рис. 3) через пламя подается на верхний оплавленный торец затравочного монокристалла 2, медленно опускающегося с помощью механизма 5. Метод Вернейля - основной промышленный метод производства тугоплавких М: рубина, шпинелей, рутила и др.
В методе зонной плавки создается весьма ограниченная по ширине область расплава. Затем благодаря последовательному проплавлению всего слитка получают М Метод зонного проплавления получил широкое распространение в производстве полупроводниковых М (В. Дж. Пфанн, 1927), а также тугоплавких металлический М молибден, вольфрам и др.
Методы выращивания из раствора включают 3 способа: низкотемпературный (растворители: вода, спирты, кислоты и др.), высокотемпературный (растворители: расплавленные соли и др.) и гидротермальный. Низкотемпературный представляет собой сосуд с раствором 1, в котором создается пересыщение, необходимое для роста 2 путем медленного снижения температуры, реже испарением растворителя (рис. 4). Этот метод используется для получения крупных М сегнетовой соли, дигидрофосфата (KDP), нафталина и др.
Высокотемпературный (рис. 5) содержит тигель с растворителем и соединением, помещенный в печь. соединение выпадает из растворителя при медленном снижении температуры (раствор-расплавная Метод применяется для получения М гранатов, слюды, а также различных полупроводниковых пленок.
Гидротермальный синтез М основан на зависимости растворимости вещества в водных растворах кислот и щелочей от давления и температуры. Необходимые для образования М концентрация вещества в растворе и пересыщение создаются за счет высокого давления (до 300 Мн/м2 или 3000 кгс/см2) и перепадом температуры между верхней (T1 ~ 250°) и нижней (Т2 ~ 500 °С) частями автоклава (рис. 6). Перенос вещества осуществляется конвективным перемешиванием. Гидротермальный синтез является основным процессом производства М кварца.
Методы выращивания М из газообразного вещества: испарение исходного вещества в вакууме с последующим осаждением пара на причем осаждение поддерживается определенным перепадом температуры Т (рис. 7, а); испарение в газе (обычно инертном), перенос вещества осуществляется направленным потоком газа (рис. 7, б); осаждение продуктов реакций, происходящих на поверхности затравочного М (рис. 7, в). Метод из газовой фазы широко используется для получения монокристальных пленок и микрокристаллов для интегральных схем и др. целей.
Выбор метода выращивания М определяется требованием к качеству М (количество и характер присущих М дефектов). Различают макроскопические дефекты (инородные включения, блоки, напряжения) и микроскопические (дислокации, примеси, вакансии; см. Дефекты в кристаллах).
Существуют специальные методы уменьшения числа дефектов в М (отжиг, выращивание М на бездефектных затравочных и др.).
При выращивании М используются различные способы нагревания: омический, высокочастотный, газопламенный, реже плазменный, электроннолучевой, радиационный (в т. ч. лазерный) и электродуговой.
Лит.: Бакли Г., Рост пер. с англ., М, 1954; Лодиз Р. А., Паркер Р. Л., Рост монокристаллов, пер. с англ., М, 1973; Маллин Дж., пер. с англ., М, 1966; Шубников А. В., Образование М - Л., 1947; его же, Как растут М - Л., 1935; Пфанн (В. Дж.), Принципы зонной плавки, в кн.: сб. переводов, М, 1955 (Редкие металлы), с. 92. См. также лит. при ст. Кристаллизация.
Х. С. Багдасаров.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
