Кабардино - Балкарський Державний Університет Курсова робота

Тема: "Вирощування профільних монокристалів кремнію методом Степанова."

Виконав: Ульбашев А.А.

Перевірив:

Нальчик 2000р.

Завдання.

1.Опісать Метод.

а - Теоретичні основи формоутворення.

б - Технологічні особливості.

в - Конструктивні особливості.

2.Область застосування ПРОФІЛЬНОГО вирощених Монокристалів.

3.Расмотреть на прикладі кремнію.

КВАЗІРАВНОВЕСНАЯ КРИСТАЛІЗАЦІЇ

З Формоутворення меніска розплаву

(СПОСІБ СТЕПАНОВА)

a Теоретичні основи формоутворення.

Принципова основа і методика отримання фасонних виробів з металів і напівпровідників з використанням різних ефектів (сил поверхневого натягу, важкості, електромагнітного взаємодії, гідродинамічних явищ і т.п.), формують меніск розплаву в процесі витягування кристала, розроблені чл.-кор. АН СРСР А. В. Степановим '.

Рідина може приймати певну форму не тільки за допомогою стінок судини, але і поза судини, у вільному стані. На цьому засноване формоутворення профільованих кристалів, принцип якого сформульований А. В. Степановим: форма чи елемент форми, яку бажано отримати, створюється в рідкому стані за рахунок різних ефектів, що дозволяють рідини зберегти форму; сформований так обсяг рідини переводиться в твердий стан в результаті підбору певних умов кристалізації.

А. В. Степанов запропонував, наприклад, формувати меніск за допомогою спеціальних формообразователей. які розміщені в розплав так, щоб меніск розплаву зводився над щілиною в поплавці, що лежить на поверхні розплаву в тиглі і виготовленому з матеріалу, не змочується розплавом. Для формоутворення меніска можна застосовувати також електромагнітне поле високочастотного індуктора.

Таким чином, формотворне пристрій у загальному випадку є досить складний комплекс елементів. Воно дозволяє управляти формою, геометрією, тепловим станом стовпа розплаву і витягає кристала, а також розподілом домішки в кристалі. Твердий формообразователь характеризується фізичними властивостями матеріалу, з якого він виготовлений (його смачіваемостью, щільність, теплопровідність, теплоємність), а також конфігурацією (форма отвори або щілини, глибина отвору, форма. отвори по глибині).

У теорії витягування кристалів за способом Степанова передбачається умова:

* сума потоків тепла, що виділяється при затвердінні розплаву, і тепла, що надходить до фронту кристалізації з рідкої фази, дорівнює потоку тепла, відводить від фронту. кристалізації через тверду фазу.

Дана умова потрібно для стійкого росту кристала з збереженням габаритів його поперечного перетину, кут сполучення рідкої фази з поверхнею зростаючого кристала a є однією з важливих капілярних характеристик, що визначають процес росту і формоутворення кристала. Таким чином, форма поперечного перерізу кристала залежить від теплових і капілярних умов процесу.

       РИС. 1.   Форма меніска розплаву і зміна контактної   кута при витягуванні кристала з розплаву:     а - стаціонарний зростання, а = 0;   б - звуження кристала, а <0;   в - розширення кристала, а> 0     

Як показано на рис. 1, передбачається, що достатньо великим від'ємним значенням кута a відповідає зменшення діаметра кристала, великим позитивним значенням - збільшення діаметру.

Граничні негативні і позитивні значення a визначаються величиною кута змочування 00 на кордоні твердої та рідкої фази (для германію 00 = 450, для кремнію 00 = 600):

< b> (1) При дотриманні умови (8) і в наближенні достатнього повільного витягування, щоб можна було знехтувати кінетичної енергією розплаву, що рухається за кристалом, форма меніска, відповідна мінімуму енергії системи, визначається рівнянням Лапласа:

< b> (2)

Де P - тиск, що діє на меніск в даній точці;

s - поверхневий натяг розплаву;

R і R1 - головні радіуси кривизни меніска.

Рішення рівняння (2) показує, що в умовах стаціонарного росту кристала (див. рис. 1, a) висота • меніска h0 пов'язана з радіусом кривизни периметра фронту кристалізації R0 співвідношеннями

< b> при ( 3)

і

< b> при ( 4)

де --- капілярна постійна;

r - щільність розплаву;

g - прискорення сили тяжіння.

Якщо меніск примикає до плоскої грані кристала, то R0 =