Выращивание кристаллов методом Чохральского
Введение
Актуальность выбранной мной темы состоит в том, что кристаллы играли и продолжают играть очень важную роль в жизни человека. Они применяются во многих сферах жизни человека, от разнообразных линз разного назначения до микропроцессоров в компьютерах. Также кристаллы сыграли немаловажную роль во многих технических новинках XX века.
Объектом исследования являются монокристаллы.
Предметом исследования является метод выращивания кристаллов – метод Чохральского.
Целью выступает изучение метода выращивания кристаллов – метода Чохральского.
Глава 1. История появления метода
Этот метод был разработан польским химиком Яном Чохральским и использовался им первоначально для измерения степени кристаллизации металлов (олова, цинка, свинца и др.).
По некоторым данным, Чохральский открыл свой знаменитый метод в 1916 году, когда он случайно уронил свою ручку в тигель с расплавленным оловом.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3
ГЛАВА 1. История появления метода…………………………………..4
ГЛАВА 2. Характеристики метода……………………………………...5
ГЛАВА 3. Получение кремния Чохральского………………………….8
ГЛАВА 4. Размеры получаемых кристаллов…………………………...9
ГЛАВА 5. Этапы метода………………………………………………….11
ГЛАВА 6. Модификации метода………………………………………14
6.1 Метод Чохральского с использованием плавающего тигля……...14
6.2 Метод Чохральского с подпиткой…………………………………14
6.3 Метод Чохральского с промежуточными дозагрузками…………14
6.4 Метод Чохральского с использованием пьедестала……………...15
ГЛАВА 7. Сравнение с другими методами……………………………16
7.1 Достоинства метода………………………………………………...16
7.2 Недостатки метода………………………………………………….16
ГЛАВА 8. Применение…………………………………………………17
ГЛАВА 9. Математическая форма…………………………………….18
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………...19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………...20
Список литературы
Ян Чохральский "Ein neues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle" – Zeitschrift für Physikalische Chemie, 1918
Бердников В. С., Панченко В. И. Теплофизика кристаллизации веществ и материалов: Сб. науч. тр. – Новосибирск, 1987.
Бердников В. С. и др. Теплофизические процессы при кристаллизации и затвердевании – 1984
А. А. Самарский, Ю. П. Попов, О.С. Мажорова (ред.) “Математическое моделирование. Получение монокристаллов и полупроводниковых структур” – М.: Наука, 1986
Т. Нишинага “Справочник по выращиванию кристаллов” – Амстердам, 2015
Kasap, S.O. Principles of Electronic Materials and Devices, 2nd edition, Prentice Hall – Нью-Джерси, 2002
J. Aleksic, P. Zielke, J. A. Szymczyk "Temperature and Flow Visualization in a Simulation of the Czochralski Process Using Temperature-Sensitive Liquid Crystals" – 2002
Handbook of Crystal Growth. Volume 2: Bulk Crystal Growth. – Северная Голландия, 1994
G. Dhanaraj, K. Byrappa, V. Prasad, M. Dudley “Springer Handbook of Crystal Growth” – Springer, 2010
http://www.articleworld.org/index.php/Czochralski_process – Процесс ЧохральскогоПриложение
(Рис. 1) Схема метода Чохральского
(Рис. 2) Кварцевый тигель, заполненный дроблёным кремнием{\displaystyle C_{S}=C_{O}k_{O}(1-f)^{k_{o}-1}}
{\displaystyle f=V_{S}/V_{O}\;}
lefttop00 (Рис. 3) Монокристалл кремния, выращенный по методу Чохральского
(Рис. 4) Начальная стадия выращивания цилиндрической части монокристалла кремния в направлении (100)
Легирующие примесные атомы, такие как бор или фосфор, могут быть добавлены к расплавленному кремнию в точных количествах для легирования кремния, тем самым превращая его в кремний p-типа или n-типа с различными электронными свойствами. Точно ориентированный стержневой затравочный кристалл погружают в расплавленный кремний. Стержень затравочного кристалла медленно вытягивается вверх и одновременно вращается. Точно контролируя температурные градиенты, скорость вытягивания и скорость вращения, можно извлечь из расплава крупный монокристаллический цилиндрический слиток. Возникновения нежелательных нестабильностей в расплаве можно избежать, исследуя и визуализируя поля температуры и скорости во время процесса роста кристаллов. Этот процесс обычно выполняется в инертной атмосфере, такой как аргон, в инертной камере, такой как кварц.
Глава 4. Размеры получаемых кристаллов