Всі технологічні методи вирощування монокристалів з рідкої фази можна розділити на дві групи: вирощування з власних розплавів і вирощування з розчинів

Розплав – Це рідка фаза, склад якої відповідає складу кристалізується нелегованого речовини або зєднання

Розчин – Це рідка фаза, склад якої відрізняється від складу вирощуваного нелегованого речовини або зєднання

Процес кристалізації з рідкої фази складається з наступних етапів: 1) підведення кристаллизующегося компонента до поверхні зростання (фронту кристалізації) 2) поверхневої дифузії (міграції по поверхні росту і вбудовування атомів в кристал) 3) дифузії в обємі кристала (міграції в кристалі) 4) відведення прихованої теплоти кристалізації від поверхні зростання

Одним з основних параметрів, що характеризують процес кристалізації, є швидкість росту кристалів Вона залежить від способу і швидкості підведення живлячої компонента до поверхні зростання, механізму зростання кристалічної грані і інтенсивності відводу тепла від фронту кристалізації При зростанні кристала з газоподібної фази вважають, що харчування ступенів (зламів) в основному здійснюється по засобом поверхневої дифузії атомів з адсорбованого шару на зростаючій кристалічної грані Потоком речовини з газоподібної фази безпосередньо до східців повністю нехтують (див гл 4) Суттєвою особливістю зростання з рідкої фази в порівнянні з ростом з газоподібної фази є те, що підведення живлячої матеріалу до зростаючої грані кристала забезпечується в основному обємної дифузією з рідкої фази, так як навіть в умовах інтенсивного перемішування розплаву (розчину) у поверхні зростаючої грані кристала завжди є тонкий шар нерухомої рідини – дифузійний шар Швидкість росту кристала в таких умовах буде тим менше, чим більше товщина дифузійного шару Однак не слід повністю нехтувати і харчуванням ступенів (зламів) за допомогою поверхневої дифузії адсорбованих частинок на зростаючій грані

Механізм зростання кристалічної грані визначається головним чином її будовою, як і у випадку росту кристалів з газоподібної фази (див гл 4) Атомно-шорсткі (несінгулярние) поверхні ростуть по нормальному механізму У цьому випадку щільність центрів зростання порівнянна з щільністю поверхневих атомів і, як показують розрахунки для випадку росту кристалів з розплаву, швидкість росту поверхні пропорційна переохолодженню на фронті кристалізації (V ∼ ∆T ) Атомно-гладкі (сингулярні і Віцинальниє) поверхні ростуть по шаруватому механізму при двомірному зародженні ступенів зростання (V  ∼  ∆T exp(−1/∆T )) І по шарувато-спіральних механізму за участю гвинтових дислокацій (V ∼ (∆T ) 2) 1 Аналіз процесів росту кристалів з розчину показує, що в цьому випадку, так само як і у випадку росту кристалів з газоподібної фази (див нижче), при малих пересиченнях залежність швидкості росту поверхні по шарувато-спіральних механізму від пересичення близька до параболічної, а при великих пересиченнях стає лінійною

Величина переохолодження розплаву або пересичення розчину визначає образующуюся макроформи кристала При мінімальному переохолодженні (пересиченні) утворюються неограновані монокристали (найбільш рівноважна форма росту), при великих переохолодженнях (пересиченнях) – ограновані монокристали, при ще більших переохолодженнях (пересиченнях) – дендрити (найменш рівноважна форма росту) Зовнішня форма неограненних монокристалів визначається симетрією теплового поля, в якому відбувається зростання кристала (див ні

1Пріведенние залежності швидкості росту кристалів з розплаву від переохолодження для конкретного механізму росту кристалічних граней можуть бути отримані на підставі законів дифузії [17]

же)

Утворені центри кристалізації розростаються завдяки підводу речовини, що кристалізується з рідкої фази до фронту кристалізації (процес масопереносу) При цьому виділяється при кристалізації теплота повинна приділятися від поверхні розділу фаз, щоб дотримувалися температурні умови кристалізації Якщо зовнішній тепловідвід відсутня, то теплота кристалізації підвищує температуру системи, і зростання твердої фази при досягненні температури плавлення Tпл припиняється Для безперервного зростання твердої фази необхідна наявність і сталість температурного градієнта, а швидкість росту при цьому буде визначатися інтенсивністю відведення тепла

Таким чином, процеси теплоі масопереносу поряд з кінетичними явищами на поверхні зростання відіграють визначальну роль в кінетиці кристалізації Вони можуть бути описані сукупністю диференціальних рівнянь теплоі масопереносу Суворе аналітичне рішення такої системи рівнянь в більшості випадків вкрай утруднено Тому рішення конкретного завдання часто проводять наближено із залученням уявлення про лімітуючої стадії процесу Лимитирующей стадією процесу кристалізації називається найбільш повільний її етап, який і визначатиме швидкість росту монокристала

Процеси переносу грають важливу, а часто і визначальну роль у формуванні кристала, в освіті дефектів в кристалі, у процесах легування і т д Більш детально процеси переносу будуть розглянуті нижче при аналізі процесів вирощування з рідкої і газоподібної фаз

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002