Post on 10-Feb-2018
7/22/2019 Rast Kristala
1/28
KontrolaKontrola procesaprocesa rastarasta kristalakristalaKontrola granice fazaKontrola raspodele dopanata
Procesni parametri:Procesn
i parametri:Brzina rastaTemperaturni gradijent
Poetna koncentracija dopanta urastopu
RAST KRISTALARAST KRISTALA
7/22/2019 Rast Kristala
2/28
Oblik granine povrine tokomOblik granine povrine tokom
rasta kristalarasta kristalaU relnim sistemima uvek je potrebno neko
konano pothlaenje da bi proces
ovravanja zapoeo: Lr
T T 0
2 =
T - potrebno pothlaenje da bi zapoeo proces ovravanja, - povrinski napon, L - latentna toplota
u realnim sistemima je reda T = 0.2T 0
7/22/2019 Rast Kristala
3/28
Ukoliko je temperatura granine povrine niaod ravnotene i dolazi do ovravanja,
latentna toplota koja se oslobaa, smanjuje postojee pothlaenje koje dovodi doovravanja, usporava i na kraju zaustavlja proces ovravanja ukoliko se ne biodvodila. Znai, da bi se nastavio procesnapredovanja granine povrine, tj.ovravanja, treba odvoditi osloboenulatentnu toplotu.Pri tome se moe rei dabrzina odvoenja izdvojene latentne toplotekontrolie brzinu napredovanja graninepovrine, dok pravac odvoenja latentne
toplote definieoblik granine povrine
7/22/2019 Rast Kristala
4/28
Odvoenje latentne toplote uOdvoenje latentne toplote u
pravcu kristalapravcu kristala
G
TENA
FAZA
T
A
B
ukoliko se podhlaenje koje je dovoljno za ovravanje obezbe
odvoenjem latentne toploteu pravcu kristala,granina povrina se kree uniformno i tei da buderavna.
7/22/2019 Rast Kristala
5/28
Odvoenje latentne toplote uOdvoenje latentne toplote u
pravcu tene fazepravcu tene faze
VRSTA FAZATENAFAZA
A
B
7/22/2019 Rast Kristala
6/28
aspo e a a empera ure ras vor veaspo e a a empera ure ras vor vekomponente; b) koncentracije uz graninukomponente; b) koncentracije uz graninu
povrinupovrinu CS
T
C0/k0
C0
C0k0
S o l i d u s
L i k v i d u s
A
T e m p e r a t u r a
CB(%)
L
S
C
C k =
0
k 0
< 1
7/22/2019 Rast Kristala
7/28
Segregacija rastvorljive komponente na graninoj povrinii rezultujua smanjenja pothlaenja oblastima granine povrine A i B
7/22/2019 Rast Kristala
8/28
elijski rastelijski rast
. Segregacija rastvorljivih komponenti u predelu oko ispupenja
7/22/2019 Rast Kristala
9/28
7/22/2019 Rast Kristala
10/28
kriterijum konstitucionalnogkriterijum konstitucionalnog
pothlaenjapothlaenja
D L koeficijent difuzije u tenoj fazi,k 0 ravnoteni
koeficijent raspodele,C o poetna koncentracijakomponente u rastopu ,m nagib likvidus linije naodgovarajuem ravnotenom dijagramu ,GL temperaturni koeficijent u tenoj fazi
00
0
)1(C k m
k DG R L L
PC
=
7/22/2019 Rast Kristala
11/28
Dendritni rastDendritni rast
Zavisnost oblika granine povrine od uslova rasta
0k
R R PC
CD=
RCD
= 2 R PC
0
0
k
C A
R
G
CD
L =
7/22/2019 Rast Kristala
12/28
Koncentracija rastvorljiveKoncentracija rastvorljivekomponente uz graninu povrinukomponente uz graninu povrinu
C0
Tena fazaCLi
CSi
vrsta faza
K o n c e n t r a c
i j a
Rastojanje
7/22/2019 Rast Kristala
13/28
Raspodela rastvorljivih komponentiRaspodela rastvorljivih komponentitokom rasta kristalatokom rasta kristala
Ravnoteni koeficijent raspodele-k 0
Koeficijent raspodele granine povrine(tzv. povrinski)-k i :
Efektivni koeficijent raspodele-k e:
L
S
C
C k =
0
Li
Sii
C
C k =
L
Sie
C
C k =
7/22/2019 Rast Kristala
14/28
Zavisnost efektivnog koeficijentaZavisnost efektivnog koeficijentaraspodele od uslova rasta vrsteraspodele od uslova rasta vrste
faze (tzv. BPS-kriterijum)faze (tzv. BPS-kriterijum)
R - brzina rasta, D L - koeficijent difuzijerastvorljive komponente u rastopu, granini difuzioni sloj
L D
Re
ek k
k k
+
=
)1( 00
0
7/22/2019 Rast Kristala
15/28
Pregled metoda rasta kristala izPregled metoda rasta kristala iz
rastoparastopaMetode rasta iz sudaMetode rasta iz suda
Bridgman
CzochralskiZonalno topljenje
Metode rasta bez sudaMetode rasta bez sudaMetoda lebdee zone
Verneuil metoda
d d
7/22/2019 Rast Kristala
16/28
Metoda Bridgman:Metoda Bridgman: PP oetna ara je potpuno istopljena u sudu u kojem e se ioetna ara je potpuno istopljena u sudu u kojem e se iodvijati rast kristala. Prolazom sudaodvijati rast kristala. Prolazom suda
kroz pe odreenog temperaturnogkroz pe odreenog temperaturnogprofila dolazi do ovravanjaprofila dolazi do ovravanja- rasta kristala sa jednog- rasta kristala sa jednogkraja na drugikraja na drugi
a) Horizontalna;a) Horizontalna; b) Vertikalna b) Vertikalnakonfiguracijakonfiguracija
7/22/2019 Rast Kristala
17/28
7/22/2019 Rast Kristala
18/28
Prednosti: jednostavnost imogunost varijacija.
lako je kontrolisatinapon pare isparljivihkomponenti;mogue je izvesti rast uvakuumiranom izatopljenom kontejneru.lako se dobija eljnioblik i veliina kristala .rast se moe izvesti uzrelativno dobrostabiliziran temperaturnigradijent koji ujednostabilie konvektivnomeanje i segregaciju.
Ogranienja: pri rastu kristala koji seire tokom kristalizacije,dolazi do stvaranjagreaka u kristalu.nemogue je predvidetini dobiti eljenuorijentaciju kristala.
7/22/2019 Rast Kristala
19/28
Czochralski metodaCzochralski metoda Celokupna ara istopljena u posudi. Klica kristala sputase vertikalnim nosaem (samogunou rotacije) do povrine rastopa i trenutkadodira, a zatim se ostavlja da
se postigne termikaravnotea. Temperaturarastopa se tako podeava dase deo klice kristala topi, azatim se temperatura sporosniava dok klica ne pone dakristalie. Tada poinjelagano izvlaenje klice.Prenik kristala se kontrolie podeavanjem brzineizvlaenja, brzine rotacije ikontrolom temperaturerastopa.
7/22/2019 Rast Kristala
20/28
7/22/2019 Rast Kristala
21/28
7/22/2019 Rast Kristala
22/28
Czochralski metodaCzochralski metoda
OGRANIENJAOgranienje ove metode je uoteanom rastu kristala sakomponentama koje imajuvisok napon pare na
temperaturi topljenja.Potrebno je stalno odravanje pritiska, to komplikujekonfiguraciju sistema. Poredtoga, ova metoda nijedovoljno adaptirana za
kontinuirani rast. Takoe se javlja problem izbora posudaza rastop i mogunostikontaminacije rastopa.
PREDNOSTIIako se koristi sud za rastkristala, nema kontaktagranine povrine teno-vrsto sa sudom- mogunostrasta kristala sa poveanjemzapremine, kao to su poluprovodniciMogue je dobiti kristaledobrog kvaliteta (bezdislokacija),velikog prenikai uz velike brzine rasta.ova metoda je pogodna zaodgovarajue dopiranje ikontrolu hemijskog sastavakomponenata.omoguena je i dobrakontrola atmosfere tokomrasta kristala.
7/22/2019 Rast Kristala
23/28
LEC - metoda (liquidLEC - metoda (liquidencapsulation)encapsulation) -metoda tene-metoda teneinkapsulacijeinkapsulacije Ovo je naroito vanokod rasta iz rastopaelemenata III-V grupe
periodnog sistema(poluprovodnikekomponente) saisparljivimkomponentama. Iznadrastopa se nanosi slojtenog B2O3(inkapsulacija) kojispreava odlazak isparljivih komponenti. Na ovaj nain jemogue ouvatikonstantan sastavtokom rasta i dobar kvalitet kristala.
7/22/2019 Rast Kristala
24/28
Zonalno topljenjeZonalno topljenjeIstopljena zona konanedebljine (koja je dostamanja od duinekristala) kree se sa jednog kraja are nadrugi. Ova metoda seesto koristi za preiavanje materijala,a jo bolji efekat se postie viestrukim prolazom zona krozaru. Takoe se moevriti kontrolaugraivanja rastvorljivihkomponenti.
7/22/2019 Rast Kristala
25/28
Zonalno topljenje-vie zonaZonalno topljenje-vie zona
7/22/2019 Rast Kristala
26/28
Metoda lebdee zoneMetoda lebdee zone
7/22/2019 Rast Kristala
27/28
Metoda lebdee zoneMetoda lebdee zoneU vertikalnoj konfiguraciji izbegava upotrebusuda dok je samo jedan deo (zona ) istopljen iodrava se na osnovu povrinskog napona.Pogodnaje za materijale sa visokim povrinskimnaponom rastopa i malom gustinom. Iskoriena je prednost zonalnog topljenja - preiavanje ikontrola ugraivanja rastvorljivih komponenti, aizbegnuta je kontaminacija rastopa sudom.Ogranienjeove metode je da se ne moe
koristiti za materijale sa niskim povrinskimnaponom i za one sa isparljivim komponentama.Ova metoda takoe ima vie modifikacija-topljenje zone laserom, korienje klice, itd.
7/22/2019 Rast Kristala
28/28
Metoda VerneuilMetoda Verneuil Iz dozera prah materijala
koji ovrava padakroz plamen i istopljenstie na povrinukristala koji raste Kakokristal raste, on sesputa naniesrazmerno brzinipristizanja rastopa.Rotacija kristala sluiza homogenizaciju.