Img00185

189

Z przyrównania obu zależności wynika wyrażenie na prędkość krystalizacji

189

u

k

_Ł ŚI

qp dx

(3.56-3)

Dla przeciętnej wartości gradientu temperatury dT/dx = 5... 10 K/cm otrzymuje się prędkość wzrostu kryształu w przedziale 0,5...50 cm/h. Typową wartością jest kilka cm na godzinę.

Uzyskane monokryształy mają postać grubych wałków o średnicach nawet do 15 cm, stanowiących półfabrykat do wyrobu elementów półprzewodnikowych.

3.57. Metoda krystalizacji z pionowym gradientem temperatury opracowana przez Bridgmana polega na kierunkowej krystalizacji metalu w tyglu dzięki gradientowi temperatury w kierunku jego osi (rys. 3.56-lb), wywołanym ruchem tygla albo pieca. Pojedynczy zarodek krystalizacji tworzy się dzięki małej objętości cieczy rozpoczynającej krzepnięcie w stożku dna tygla, a jego wzrost następuje przy utrzymaniu stałego gradientu temperatury. Metoda jest stosowana do otrzymywania kryształów metali niskotopliwych (Pb, Zn, Mg, Al), średniotopliwych (Ag, Au, Cu), a nawet wysokotopliwych (Ni, Co, stopy Fe).

6    5

Rys. 3.57-1. Monokrystalizacja poziomą metodą Brigmana:

1 — zarodek, 2 — monokryształ, 3 — roztopiona masa,

4 — wlewek, 5 — grzejnik, 6 — rura pieca

Pewną odmianą metody Bridgmana jest tzw. pozioma metoda Bridgmana (rys. 3.57-1), polegająca na powolnym wyciąganiu ruchomej wlewki z roztopioną masą półprzewodnika z obszaru pola o wysokiej temperaturze (obszaru cewki w.cz.).

3.58. Wadą krystalizacji we wlewce czy tyglu, wykonywanych zwykle z kwarcu (Si0₂) jest możliwość wprowadzania zanieczyszczeń (tlenu). Stąd, dla uniknięcia kontaktu roztopionego materiału z tyglem, kryształy półprzewodnika często są wyciągane tzw. metodą beztyglową. Ustawiony pionowo pręt polikrystalicznego materiału jest umocowany na obu końcach i tylko niewielki jego obszar jest nagrzewany do temperatury