МОНОКРИСТАЛІВ ВИРОЩУВАННЯ - здійснюють з газової, рідкої і твердої середовища (див. кристалізація ) .Вибор методу вирощування визначається областю стійкості речовини, наявністю, типом і температурою фазових переходів, хім. властивостями, тиском насиченої пари і ін. Великі, вчинені кристали отримують, застосовуючи "затравки" і створюючи оптим. пересичення (переохолодження) s на поверхні кристалізації. Наїб. великі (до 1 м) кристали отримують з розплаву або розчину.
M. в. з розплаву. На обертається затравки переохолодження s створюється регульованим теплоотводом від поверхні кристала і меніска прилеглого до нього розплаву (метод Чохральського, рис. 1, a). Витягуванням через щілину на поверхні розплаву отримують профільовані кристали, напр. труби, пластини (метод Степанова, рис. 1, б). При M. в. всередині розплаву s створюється охолодженням, напр. проточною водою держателя затравки (метод Кіропулоса, рис. 1, в). При спрямованої кристалізації контейнер з розплавом переміщують в горизонтальному або вертикальному напрямку з гарячою в холодну зону печі, при цьому кристалізацію починають в спеціальним чином звуженої передньої частини контейнера, що забезпечує отримання монокрісталліч. злитка (метод "човники", рис. 1, д; метод Стокбергера - Бріджмена, рис. 1, г). У т. Н. методі гарніссажа контейнер може бути сам з кристалізується матеріалу, що охолоджується зовні водою, тоді як його внутр. частина плавиться струмами високої частоти; M. в. проводиться "витягуванням на приманку" або повільним охолодженням. У методі зонної плавки розплавлена зона пересувається від затравки через по-лікрісталліч. злиток. Зонна плавка може проводитися в контейнері або без нього (рис. 1, з). В останньому випадку меніск розплаву утримується капілярними силами, а іноді і ел - магн. "Підтримкою". Для тугоплавких речовин використовують плавлення порошку, що сиплються в гарячу плазму, з осіданням виходять крапель розплаву на приманку (метод Вернейля, рис. 1, e). Монокристали у вигляді волокон товщиною 10-200 мкм отримують витягуванням через фільєру або з краплі розплаву, що утворюється на стрижні (в 1, 5-2 рази більшої товщини) при нагріванні його лазерним променем (метод "п'єдесталу", рис. 1, ж).
Швидкості вирощування з розплаву 0,1-1 см / год. Однорідні кристали отримують з розплаву сталого хім. з'єднання. У присутності домішок для отримання однорідних кристалів доцільно використовувати метод витягування, забезпечивши при вирощуванні сталість форми кордону розділу фаз.
Мал. 1. Вирощування монокристалів з розплаву: а - метод Чохральського; б - метод Степанова; в - метод Кіропулоса; г - метод Стокбергера - Бріджмена; д - метод "човники"; е - метод Вернейля; ж - метод "п'єдесталу"; з - зонна плавка без тигля; і, до - способи зонного плавлення. 1 - розплав; 2 -монокрісталл; 3 - запал; 4 - полікристал; 5 - порошок; 6 - електрич ний нагрівач; 7 - газовий нагрівач; 8 - лазерне випромінювання; 9 - охолоджуваний під ду держатель затравки.
Гл. зусилля при M. в. з розплаву направляються на управління полем темп-р способом перемішування розплаву (природ. і змусить. конвекція ), Контролем атмосфери вирощування.
M. в. з розчину. Переохолодження створюється зниженням T, випаровуванням розчинника (рис. 2, а) або "підживленням" більш концентрованим розчином (рис. 2, б). У т. Н. методі температурного градієнта в апаратурі створюється більш гаряча зона, де речовина розчиняється і дифузією або конвекцією переноситься до зростаючого кристалу (рис. 2, в, г). Гідротермальної вирощування малорозчинних речовин проводять в автоклавах при високих темп-pax і тисках. Швидкість вирощування 0,1 - 1 мм / сут. Для отримання досконалих кристалів з розчину необхідно, щоб підведення речовини до зростаючої поверхні не лімітував швидкості росту. Це досягається, напр., Перемішуванням розчину. В таких умовах можлива швидкість 1 мм / год і більше (швидкісне вирощування). Важливі очищення сировини, стабілізація T і s, створення гидродинамич. течій, що забезпечують рівномірний харчування граней.
Мал. 2. Вирощування монокристалів з розчину: a - метод випаровування розчинника; б - метод "підживлення"; в, г - метод температурного градієнта. 1 - розчин; 2 - монокристал; 3 - порошок; 4 - нагрівач.
M. в. з газового середовища здійснюється сублімацією речовини і його конденсацією на охолоджену приманку. Використовуються також хім. реакції (при транспорті речовини до зони зростання, його розкладанні або синтезі на затравки). Вирощування здійснюється або в гер-метіч. контейнері, уздовж догрого створюється градієнт T, або в потоці газу. Для отримання ниткоподібних кристалів на поверхню затравки наносять краплі розчинника, з к-якого кристалізація йде швидше, ніж з пара.
При M. в. з полікристалічного зразка останній витримують при високій T для перекристалізації дрібних кристалічних. зерен у великі (рекристалізація). Якщо речовина має поліморфні модифікації (див. поліморфізм ), То монокристали низькотемпературної фази можна отримати, охолоджуючи кристали в определ. температурному полі.
У вигляді монокристалів вирощують безліч речовин. У наиб. кол-вах виробляються Si, Ge (метод Чохральського), кварц (гідротермальний метод), щё-молочно-галоїдні сполучення (метод Кіропулоса), корунд з разл. домішками (методи Вернейля, Чохральського і спрямованої кристалізації), Y3Al5O12 з домішкою Nd (методи Чохральського і спрямованої кристалізації), LiNbO3, LiTaO3 (метод Чохральського), K (H5D) 2PO4 (зниження T і "підживлення"), LiIO3 (випаровування розчинника) . Техн. алмаз у вигляді дрібних моно-кристалічних. зерен (до 0,2 мм) отримують з графіту пресуванням в невеликому обсязі при тиску ок. 4,4 атм і T = 1100 0C.
Літ .: Вільке К. Т., Методи вирощування кристалів, пров. з нім., Л., 1968; Сучасна кристалографія, т. 3, M., 1980. Л. H. Рашковіч.
покажчик >>