Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Ме́тод Чохра́льського — технологія вирощування монокристалів з тигля витягуванням із розплаву при повільному обертанні. Цей метод був запропонований у 1918 році польським вченим Яном Чохральським. Метод Чохральського набув неабиякого поширення завдяки простоті реалізації та задовільній якості монокристалів. Найбільшого поширення набуло вирощування кремнію як найдоступнішого матеріалу для напівпровідникової промисловості. Монокристали кремнію, вирощені даним методом знаходять застосування у двох сферах: сонячній енергетиці та виробництві напівпровідникових приладів. Також, методом Чохральського вирощують монокристали, необхідні для наукових цілей (наприклад, — BiGeO, використовується як сцинтилятор у ядерній фізиці та фізиці високих енергій), та ювелірне каміння.
Метод Чохральського є методом напрямленої кристалізації. Суть методу полягає у тому, що у розплав напівпровідникового матеріалу занурюють зародковий монокристал — затравку. Сплавляють, а по досягненні певної температури переохолодження розплаву, необхідної для початку кристалізації на міжфазній границі затравка — розплав, починають відносно повільно витягувати монокристал. При цьому відведення прихованої теплоти кристалізації, — енергії, яка звільняється при утворенні впорядкованих атомних зв'язків кристалічної структури — здійснюється через вирощену частину монокристала. Регулювання діаметра монокристала здійснюється, головним чином, зміною швидкості витягування монокристала і, меншою мірою, зміною температури розплаву. Регулювання умов вирощування відбувається за принципом ПІД-регулятора. Для задоволення умов осьової симетрії теплових полів монокристала, розплаву та теплового вузла печі застосовують обертання монокристала та (або) тигля з розплавом навколо вертикальної осі.
Основними величинами, які характеризують вирощування монокристалів є градієнт температури та величина напружень кристалічної ґратки.
Вирощування великих монокристалів вимагає ретельного підбору умов вирощування: градієнта температури, швидкості підйому.
Типові стадії процесу
Зазвичай у процесі вирощування монокристалу вирізняють такі стадії:
- вантаження та плавлення шихти;
- стабілізація розплаву;
- вирощування ;
- розрощування до заданого діаметра;
- вирощування тіла монокристала;
- вирощування оберненого конуса;
- охолодження монокристала.
Вантаження контейнера (тигля) проводиться шматками матеріалу, розмір яких не перевищує декількох десятків міліметрів, щоб не допустити руйнування контейнера та розбризкування розплаву на етапі плавлення шихти.
Стабілізація розплаву проводиться з метою виділення з розплаву летких домішок (наприклад, оксиду кремнію(ІІ) та для установлення необхідної температури поверхні розплаву. Стадія плавлення відбувається при температурі, яка значно перевищує температуру, необхідну для початку проведення власне процесу вирощування монокристала. Тривалість стадії стабілізації залежить від маси загрузки, поміщеної у контейнер, температури стадії плавлення (рівняння Арреніуса) та співвідношення площі контакту розплаву зі стінками контейнера до площі вільної поверхні розплаву. Технологічні параметри кожної стадії процесу є ноу-хау виробника.
Вирощування монокристалу починається з вирощування перетяжки — монокристалу, діаметр якого значно менший, ніж довжина. На стадії вирощування перетяжки дислокації, утворені тепловим ударом при зануренні затравки виводяться на поверхню (для найпоширенішого кристалографічного напряму вирощування — [100]). Саме затравка задає напрям вирощування монокристала.
При досягненні довжини перетяжки, яка відповідає умовам конкретного технологічного процесу, її починають розрощувати, знижуючи температуру поверхні розплаву та швидкість витягування.
Вирощування тіла монокристала є метою технологічного процесу. Саме з тіла монокристала вирізають пластинки для виробництва того чи іншого виду продукції.
По вирощуванні тіла монокристала, з метою запобігання проникненню дислокацій у придатну частину монокристала при відриві його від розплаву вирощують зворотний конус, поступово зменшуючи діаметр монокристала до діаметра визначеного технологічним процесом.
Охолодження монокристала проводять в печі вирощування монокристала. При стрімкому охолодженні, внаслідок виникнення напруг кристалічної ґратки, у монокристалі виникають тріщини.
Порівняння з іншими методами
Кристали деяких матеріалів, вироблених за допомогою методу Чохральського, не можуть бути отримані методом бестигельной зонного плавлення, і навпаки. Деякі матеріали можуть бути отримані обома способами.
У разі германію злиток, отриманий методом зонного плавлення, по чистоті зазвичай істотно перевершує аналогічний, отриманий методом Чохральського, але кристали, одержувані зонної плавкою, мають менші діаметри, більш високу собівартість у виготовленні, інший розподіл і зміст легуючих та інших домішок, істотних для наступних технологічних циклів.
Апаратне забезпечення
Додаючи до розплаву контрольовану концентрацію домішок, можна вирощувати кристали із заданим та питомим електричном опором.
Метод Чохральського — один із основних методів отримання матеріалів для напівпровідникової техніки.
Див. також
Джерела
- Paweł Tomaszewski. Jan Czochralski i jego metoda (англ. Jan Czochralski and his method), Oficyna Wydawnicza ATUT, Wrocław-Kcynia 2003. —
- J. Czochralski. Ein neues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle // Zeitschrift für Physikalische Chemie. — 1918. — H. 92. — S. 219—221.
Посилання
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Метод Чохральського |
| Ця стаття не містить . (серпень 2017) |
 | Це незавершена стаття з фізики. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Me tod Chohra lskogo tehnologiya viroshuvannya monokristaliv z tiglya vityaguvannyam iz rozplavu pri povilnomu obertanni Cej metod buv zaproponovanij u 1918 roci polskim vchenim Yanom Chohralskim Metod Chohralskogo nabuv neabiyakogo poshirennya zavdyaki prostoti realizaciyi ta zadovilnij yakosti monokristaliv Najbilshogo poshirennya nabulo viroshuvannya kremniyu yak najdostupnishogo materialu dlya napivprovidnikovoyi promislovosti Monokristali kremniyu virosheni danim metodom znahodyat zastosuvannya u dvoh sferah sonyachnij energetici ta virobnictvi napivprovidnikovih priladiv Takozh metodom Chohralskogo viroshuyut monokristali neobhidni dlya naukovih cilej napriklad BiGeO vikoristovuyetsya yak scintilyator u yadernij fizici ta fizici visokih energij ta yuvelirne kaminnya Monokristal viroshenij za metodom Chohralskogo Metod Chohralskogo ye metodom napryamlenoyi kristalizaciyi Sut metodu polyagaye u tomu sho u rozplav napivprovidnikovogo materialu zanuryuyut zarodkovij monokristal zatravku Splavlyayut a po dosyagnenni pevnoyi temperaturi pereoholodzhennya rozplavu neobhidnoyi dlya pochatku kristalizaciyi na mizhfaznij granici zatravka rozplav pochinayut vidnosno povilno vityaguvati monokristal Pri comu vidvedennya prihovanoyi teploti kristalizaciyi energiyi yaka zvilnyayetsya pri utvorenni vporyadkovanih atomnih zv yazkiv kristalichnoyi strukturi zdijsnyuyetsya cherez viroshenu chastinu monokristala Regulyuvannya diametra monokristala zdijsnyuyetsya golovnim chinom zminoyu shvidkosti vityaguvannya monokristala i menshoyu miroyu zminoyu temperaturi rozplavu Regulyuvannya umov viroshuvannya vidbuvayetsya za principom PID regulyatora Dlya zadovolennya umov osovoyi simetriyi teplovih poliv monokristala rozplavu ta teplovogo vuzla pechi zastosovuyut obertannya monokristala ta abo tiglya z rozplavom navkolo vertikalnoyi osi Osnovnimi velichinami yaki harakterizuyut viroshuvannya monokristaliv ye gradiyent temperaturi ta velichina napruzhen kristalichnoyi gratki Viroshuvannya velikih monokristaliv vimagaye retelnogo pidboru umov viroshuvannya gradiyenta temperaturi shvidkosti pidjomu Tipovi stadiyi procesuZazvichaj u procesi viroshuvannya monokristalu viriznyayut taki stadiyi vantazhennya ta plavlennya shihti stabilizaciya rozplavu viroshuvannya rozroshuvannya do zadanogo diametra viroshuvannya tila monokristala viroshuvannya obernenogo konusa oholodzhennya monokristala Vantazhennya kontejnera tiglya provoditsya shmatkami materialu rozmir yakih ne perevishuye dekilkoh desyatkiv milimetriv shob ne dopustiti rujnuvannya kontejnera ta rozbrizkuvannya rozplavu na etapi plavlennya shihti Stabilizaciya rozplavu provoditsya z metoyu vidilennya z rozplavu letkih domishok napriklad oksidu kremniyu II ta dlya ustanovlennya neobhidnoyi temperaturi poverhni rozplavu Stadiya plavlennya vidbuvayetsya pri temperaturi yaka znachno perevishuye temperaturu neobhidnu dlya pochatku provedennya vlasne procesu viroshuvannya monokristala Trivalist stadiyi stabilizaciyi zalezhit vid masi zagruzki pomishenoyi u kontejner temperaturi stadiyi plavlennya rivnyannya Arreniusa ta spivvidnoshennya ploshi kontaktu rozplavu zi stinkami kontejnera do ploshi vilnoyi poverhni rozplavu Tehnologichni parametri kozhnoyi stadiyi procesu ye nou hau virobnika Viroshuvannya monokristalu pochinayetsya z viroshuvannya peretyazhki monokristalu diametr yakogo znachno menshij nizh dovzhina Na stadiyi viroshuvannya peretyazhki dislokaciyi utvoreni teplovim udarom pri zanurenni zatravki vivodyatsya na poverhnyu dlya najposhirenishogo kristalografichnogo napryamu viroshuvannya 100 Same zatravka zadaye napryam viroshuvannya monokristala Pri dosyagnenni dovzhini peretyazhki yaka vidpovidaye umovam konkretnogo tehnologichnogo procesu yiyi pochinayut rozroshuvati znizhuyuchi temperaturu poverhni rozplavu ta shvidkist vityaguvannya Viroshuvannya tila monokristala ye metoyu tehnologichnogo procesu Same z tila monokristala virizayut plastinki dlya virobnictva togo chi inshogo vidu produkciyi Po viroshuvanni tila monokristala z metoyu zapobigannya proniknennyu dislokacij u pridatnu chastinu monokristala pri vidrivi jogo vid rozplavu viroshuyut zvorotnij konus postupovo zmenshuyuchi diametr monokristala do diametra viznachenogo tehnologichnim procesom Oholodzhennya monokristala provodyat v pechi viroshuvannya monokristala Pri strimkomu oholodzhenni vnaslidok viniknennya naprug kristalichnoyi gratki u monokristali vinikayut trishini Porivnyannya z inshimi metodamiKristali deyakih materialiv viroblenih za dopomogoyu metodu Chohralskogo ne mozhut buti otrimani metodom bestigelnoj zonnogo plavlennya i navpaki Deyaki materiali mozhut buti otrimani oboma sposobami U razi germaniyu zlitok otrimanij metodom zonnogo plavlennya po chistoti zazvichaj istotno perevershuye analogichnij otrimanij metodom Chohralskogo ale kristali oderzhuvani zonnoyi plavkoyu mayut menshi diametri bilsh visoku sobivartist u vigotovlenni inshij rozpodil i zmist leguyuchih ta inshih domishok istotnih dlya nastupnih tehnologichnih cikliv Aparatne zabezpechennyaShematichne zobrazhennya tipovoyi elektropechi ta teplovogo vuzla dlya viroshuvannya monokristaliv metodom Chohralskogo Dodayuchi do rozplavu kontrolovanu koncentraciyu domishok mozhna viroshuvati kristali iz zadanim ta pitomim elektrichnom oporom Metod Chohralskogo odin iz osnovnih metodiv otrimannya materialiv dlya napivprovidnikovoyi tehniki Div takozhEpitaksiya tehnologiya Zonne plavlennyaDzherelaPawel Tomaszewski Jan Czochralski i jego metoda angl Jan Czochralski and his method Oficyna Wydawnicza ATUT Wroclaw Kcynia 2003 ISBN 83 89247 27 5 J Czochralski Ein neues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle Zeitschrift fur Physikalische Chemie 1918 H 92 S 219 221 PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Metod Chohralskogo Cya stattya ne mistit posilan na dzherela Vi mozhete dopomogti polipshiti cyu stattyu dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno serpen 2017 Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi