Rast Kristala

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


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


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


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.


5/28

Odvoenje latentne toplote uOdvoenje latentne toplote u

pravcu tene fazepravcu tene faze

VRSTA FAZATENAFAZA

A

B


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


7/28

Segregacija rastvorljive komponente na graninoj povrinii rezultujua smanjenja pothlaenja oblastima granine povrine A i B


8/28

elijski rastelijski rast

. Segregacija rastvorljivih komponenti u predelu oko ispupenja


9/28


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

=


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 =


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


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 =


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


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


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


17/28


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.


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.


20/28


21/28


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.


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.


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.


25/28

Zonalno topljenje-vie zonaZonalno topljenje-vie zona


26/28

Metoda lebdee zoneMetoda lebdee zone


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.


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.

Rast Kristala

Documents

Transcript of Rast Kristala