МЕТОДЕ ДОБИЈАЊА МОНОКРИСТАЛНИХ МАТЕРИЈАЛА
Монокристали
материјала добијају се:
•
растом из растопа,
•
растом из раствора и
•
хемијским транспортом.
Танки монокристални слојеви (филмови)
добијају се на више
начина међу којима је најзначајнији епитаксијални раст који се
састоји у наношењу материјала на монокристалну подлогу.
Методе добијања монокристала материјала растом из растопа
Монокристали материјала добијају се растом из растопа методом
Чохралског
,
методом
Бриџмана
, методом
Вернеја
, методом
лебдеће зоне
и методом пливајуће
зоне (
методом зоналног пречишћавања
).
Метода Чохралског
Поликристални материјал, од којег се извлачи монокристал растоп-
љен је у тиглу (1) помоћу отпорних грејача или помоћу високофрек-
вентног генератора. При извлачењу монокристала, монокристална
клица или семе (2) се најпре урони у растоп, а затим се лагано
извлачи из растопа уз истовремену ротацију (3). Клица има нешто
нижу температуру од растопа, а хемијски састав клице је врло
близак хемијском саставу растопа. Под одређеним условима
извлачења, који су за сваки материјал карактеристични, материјал
кристалише у облику монокристала (4). На крају, након извлачења
кристала у тиглу остаје део отопљеног материјала (5).
Топљење
поликристала
силицијума
Увођење
монокристалне
Si клице у
растоп
Почетак раста
кристала
Раст кристала
Формирани
монокристал и
остатак
отопљеног Si
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Метода Бриџмана
Материјал од кога се извлачи монокристал истопљен је у кварцној ампули у пећи. Температура горњег
дела пећи је нешто виша од температуре топљења материјала. При извлачењу монокристала кварцна
ампула (тигл) се спушта одређеном брзином у област пећи у којој је температура нижа од температуре
топљења материјала.
Кристализација материјала почиње од
врха кварцне ампуле. Због тога се
облику врха кварцне ампуле поклања
нарочита пажња. Врх кварцне ампуле се
изводи у облику конуса и завршава
капиларом да би се при извлачењу
образовао само један центар
кристализације.
Брзина спуштања кварцне ампуле утиче
на квалитет монокристала. Уколико је
брзина спуштања ампуле мања
монокристал је квалитетнији. Брзина
спуштања је обично 1 mm до 1 cm на
час.
Највећи недостатак методе Бриџмана је
што је величина монокристала
ограничена величином ампуле и
дужином пећи.
Механизам за
спуштање ампуле
Сензори за мерење
температуре
Растоп
Термичка изолација
Монокристал
Кварцна ампула (тигл)
Грејачи
Го
рњ
и
де
о
пе
ћи
Д
оњ
и
де
о
пе
ћи
Д
уж
ин
а
Температура
Методом Вернеја добијају се монокристали тешко топљивих материјала, тј.
материјали чија је температура топљења већа од 2200
о
С.
Метода Вернеја
Према методи Вернеја монокристал се
извлачи тако што прах материјала (1)
пада из "сејача" (2), пролази кроз
пламен (3) и растопљене капљице
материјала долазе на монокристалну
клицу (4), односно на површину
монокристала који расте. Притом се
монокристал спушта брзином око 1 cm
на час како би ниво образовања чврсте
фазе остао на истом месту. Величина
зрна праха материјала од кога се
извлачи монокристал је мања од 50
μm. Као извор пламена користи се
мешавина кисеоника и водоника или
кисеоника и угљеника.
Алумина (Al
2
O
3
) у
виду праха
Пламен
H
2
+O
2
Кристал
сафира
Клица
(1)
(2)
(3)
(4)
Недостатак ове методе састоји се у тешком контролисању атмосфере у којој расте
монокристал као и у отежаном уводењу жељених примеса у монокристал.
