Cтраница 1
Приемники индукционных токов обычно изготавливают из графита. Чтобы предохранить тигель и приемник индукционных токов от окисления, их необходимо поместить в инертную атмосферу. Как правило, для этого используются трубы из плавленого кварца, которые к тому же позволяют визуально наблюдать за ростом кристалла. Область применения тиглей из SiCb ограничена - 1000 С. [1]
При индукционном нагреве - формой индуктора, положением тигля в нем, материалом и размерами тигля и приемника индукционных токов; при использовании нагревателей сопротивления - геометрией нагревателей и положением тигля относительно них. [2]
Очень важно так настроить генератор, чтобы его внутреннее полное сопротивление было равно полному сопротивлению всей системы индуктор - приемник индукционных токов - тигель. Обычно это достигается изменением емкости в колебательном контуре или изменением полного сопротивления радиочастотного трансформатора, связанного с генератором. Если вблизи генератора требуется проводить точные высокочастотные измерения, то необходимо обеспечить максимальную экранировку от излучения, чтобы исключить помехи. Возможны также высокочастотные ожоги тканей тела, которые особенно трудно поддаются лечению. Необходимо следить, чтобы пальцы не оказались случайно вблизи индуктора. [3]
Поскольку лодочка отсутствует, она уже не может обеспечивать связь с индукционным полем, и поэтому нагрев должен осуществляться за счет индукционной связи непосредственно с расплавом ( при условии, что он достаточно электропроводен), или за счет радиационного нагрева от нагревателей сопротивления или приемника индукционных токов, или за счет фокусирования излучения источника лучистой энергии. В ряде случаев, когда трудно осуществить связь с высокочастотным полем, для материалов с высоким сопротивлением лучше использовать высокочастотный индукционный нагрев. Эффективным может оказаться некоторое перемешивание расплава за счет независимого вращения обоих концов образца в противоположных направлениях. Если образец недостаточно плотный, расплав стремится заполнить пустоты ( капиллярный эффект) и становится трудно регулировать ширину зоны. Чтобы избежать этого, необходим материал, предварительно полученный зонной плавкой, литьем, спеканием или горячим прессованием. [4]
Приемники индукционных токов обычно изготавливают из графита. Чтобы предохранить тигель и приемник индукционных токов от окисления, их необходимо поместить в инертную атмосферу. Как правило, для этого используются трубы из плавленого кварца, которые к тому же позволяют визуально наблюдать за ростом кристалла. Область применения тиглей из SiCb ограничена - 1000 С. [5]
Наиболее распространенные материалы для изготовления тиглей - плавленый кварц, графит и благородные металлы. Двуокись кремния не обеспечивает индукционной связи с высокочастотным полем, поэтому приходится использовать графитовый приемник индукционных токов ( см. фиг. [6]
Германий ( ГПЛ 937 С) в принципе должен расти легче, чем кремний ( 7 пл 1412 С), из-за его более низкой температуры плавления. Расплавы германия обычно содержатся прямо в графитовых тиглях, которые являются одновременно и приемниками индукционных токов при индукционном нагреве. При этом карбиды германия не образуются, а растворимость С в Ge при температуре плавления незначительна. Индукционный нагрев применяется чаще всего, так как в печах сопротивления выше вероятность загрязнения расплава. Для выращивания очень чистого Ge используется исходный материал наивысшей чистоты, полученный зонной плавкой. Бор - особенно вредная примесь в полупроводниках четвертой группы, где он действует как электрический акцептор. Поскольку его коэффициент распределения в Si близок к единице, он не оттесняется при обычной зонной плавке или при выращивании методом вытягивания. Загрязнение бором из графитовых тиглей может оказаться серьезной проблемой. Но для ядерных применений выпускается графит, почти свободный от бора, и он имеется в форме тиглей. Бор, первоначально присутствующий в исходном реактиве Si, можно удалить зонной плавкой в присутствии паров воды [56], которые селективно окисляют бор. Окисел же удаляют путем испарения. [7]
Основными средствами нагрева являются индукционный нагрев и нагреватели сопротивления. Для индукционного нагрева требуется либо достаточно высокая проводимость расплава или тигля, чтобы обеспечить индукционную связь с высокочастотным полем, либо приемник индукционных токов для связи с высокочастотным полем. Последний и разогревает тигель с веществом. [8]
Кристаллы кремния сложнее выращивать, чем кристаллы германия, так как отсутствуют действительно инертные тигли. С графитом Si реагирует, образуя карбиды кремйия, а с благородными металлами - сплавы, почему эти материалы и непригодны для тиглей. Для нагрева можно использовать печи сопротивления, но чаще используется индукционный нагрев и графитовый приемник индукционных токов. [9]
Зона начинается с левой стороны образца. Если необходимо получить монокристалл, то в левом конце лодочки можно поместить монокристальную затравку. Последнюю частично оплавляют, чтобы получить чистую поверхность роста, а затем зону перемещают вправо. Для легко кристаллизуемых веществ затравка может и не потребоваться. При индукционном нагреве связь с полем может осуществляться расплавом, лодочкой или специальным приемником индукционных токов. [10]
Германий ( ГПЛ 937 С) в принципе должен расти легче, чем кремний ( 7 пл 1412 С), из-за его более низкой температуры плавления. Расплавы германия обычно содержатся прямо в графитовых тиглях, которые являются одновременно и приемниками индукционных токов при индукционном нагреве. При этом карбиды германия не образуются, а растворимость С в Ge при температуре плавления незначительна. Индукционный нагрев применяется чаще всего, так как в печах сопротивления выше вероятность загрязнения расплава. Для выращивания очень чистого Ge используется исходный материал наивысшей чистоты, полученный зонной плавкой. Бор - особенно вредная примесь в полупроводниках четвертой группы, где он действует как электрический акцептор. Поскольку его коэффициент распределения в Si близок к единице, он не оттесняется при обычной зонной плавке или при выращивании методом вытягивания. Загрязнение бором из графитовых тиглей может оказаться серьезной проблемой. Но для ядерных применений выпускается графит, почти свободный от бора, и он имеется в форме тиглей. Бор, первоначально присутствующий в исходном реактиве Si, можно удалить зонной плавкой в присутствии паров воды [56], которые селективно окисляют бор. Окисел же удаляют путем испарения. Нагрев печи обеспечивается 10-киловаттным генератором, работающим на частоте 450 Гц, который нагревает графитовый приемник индукционных токов. Температуру измеряют термопарой Pt / Pt - 10 % Rh в молибденовом колпачке установленной в нужной точке приемника. Для создания требуемой атмосферы через трубу из плавленого кварца с герметичными латунными концевыми фланцами, охлаждаемыми водой, пропускают поток газа. [11]