У процесі отримання будь-якого матеріалу в ньому відбуваються переходи з одного фазового стану в інший Основними промисловими методами отримання монокристалів є кристалізація з рідкої і конденсація з газової фаз

Кристалізацією називається перехід речовини з рідкої в тверду фазу Конденсацією називається перехід речовини з газоподібної в рідку або тверду фази

Фазові перетворення ніколи не проходять одночасно у всьому обємі матеріалу На початку процесу в різних місцях вихідної фази утворюються центри нової фази – стабільні частинки нової фази, які потім розростаються завдяки процесам перенесення Процес росту кристалів прийнято представляти складається з трьох основних стадій:

1) виникнення нерівноважногостану – переохолодження для вихідної рідкої фази або пересичення для газової фази 2) утворення центрів нової фази 3) збільшення їх лінійних розмірів – власне зростання кристала При даній температурі рідку фазу називають переохолодженій, Якщо її температура нижче температури рівноважного утворення твердої фази При даній температурі газову фазу нази

вають пересиченої, Якщо її тиск перевищує рівноважний тиск насичених парів рідкої або твердої фази

Створення нерівноважногостану – необхідна умова для мимовільного виникнення центрів нової фази У рівноважних умовах можливість їх появи виключена У різних точках газоподібної або рідкої атомної чи молекулярної системи, що перебуває в термодинамічній рівновазі, безперервно виникають флуктуації, тобто відхилення величин деяких параметрів системи від їх найбільш ймовірних (Середніх) значень Флуктуації щільності і концентрації у вихідній фазі можуть приводити до зміни фазового стану, тобто до утворення зародків нової фази Такі флуктуації супроводжуються зміною вільної енергії системи, однак енергія виникають частинок (зародків) нової фази в системі, що знаходиться в термодинамічно рівноважному стані, значно перевищує енергію таких же частинок вихідної фази і Флуктуаційно виникли частинки нової фази швидко розпадаються Освіта центрів нової фази в рівноважних умовах виявляється енергетично не вигідним Нижче буде показано, що створення нерівноважного стану для кристалізації (конденсації) вихідної фази необхідно для повідомлення системі додаткової енергії, необхідної для того, щоб процес утворення центрів нової фази зробити енергетично вигідним

Рушійною силою будь-якого фазового перетворення є прагнення системи до зменшення вільної енергії F Для протікання фазового перетворення необхідно, щоб вільна енергія одиниці обєму вихідної фази була більше вільної енергії такого ж обсягу нової фази Крім того, слід враховувати, що при утворенні частинок нової фази обовязково виникають поверхні розділу між новою і вихідної фазами Ці поверхні володіють поверхневою енергією, що ускладнює перетворення Тому в загальному вигляді сумарна зміна вільної енергії системи при фазовому перетворенні буде:

F = ∆Fv + ∆Fs,                                 (47)

де ΔFv = Fv(S) − Fv(L) І ΔFs = Fs(S) – Зміни вільної енергії, повязані з обємної та поверхневої складовими Проаналізуємо більш докладно необхідні для протікання фазових перетворень умови

Рис 420 Залежність вільної енергії системи від радіуса зародка нової фази при різних температурах T1 > T2  > T3 > T4

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