нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Зонна плавка

   
 

Зонна плавка, зонна перекристалізація, кристалофізичні метод рафінування матеріалів, який полягає у переміщенні вузької розплавленої зони вздовж довгого твердого стрижня з рафініруемого матеріалу. З. п. можна піддавати майже всі технічно важливі метали, напівпровідники, діелектрики, неорганічні й органічні сполуки - понад 120 речовин.

Перша згадка про застосування З. п. відноситься до 1927, коли цей метод був використаний для очищення заліза. Широку популярність З. п. отримала в 1952 завдяки роботам В. Пфанн (США), який застосував її для отримання германію високого ступеня чистоти в спеціальному контейнері (контейнерна З. п.).

Для здійснення контейнерної З. п. на твердій завантаженні, розміщеної в контейнер, створюється невеликий розплавлений ділянка, званий зоною, який переміщається уздовж завантаження. При цьому на одній поверхні розділу твердої і рідкої фаз (фронт кристалізації) відбувається кристалізація матеріалу, а на іншій (фронт плавлення) - підживлення зони вихідним матеріалом. Контейнерна З. п. застосовується для очищення матеріалу, що не взаємодіє з матеріалом контейнера. Для очищення напівпровідникового кремнію П. Кек і М. Голей (США) в 1953 запропонували метод бестигельной З. п. вертикально розташованого стрижня (т. н. Метод плаваючою зони). При цьому розплавлена ??зона утримується в основному силами поверхневого натягу, тому бестігельной З. п. широко застосовується для тугоплавких або активних матеріалів з досить високим поверхневим натягом і не дуже великою щільністю в рідкому стані (кремній, германій, молібден, вольфрам, платина, паладій, реній, ніобій та ін.) Після 1955 З. п. широко застосовується в лабораторній і заводській практиці для отримання чистих матеріалів з вмістом домішок до 10 -7 - 10 -9 % (т. н. зонна очищення), для легування і рівномірного розподілу домішки по зливка (т. н. зонне вирівнювання), а також для вирощування монокристалів, концентрування домішок в аналітичній практиці, створення еталонів високої чистоти, дослідження діаграм стану і пр. Зонне очищення заснована на тому, що при рівновазі між рідкою і твердою фазами розчинність домішок в рідкій і твердій фазах різна. Для отримання чистих матеріалів зазвичай розплавлену зону переміщають по зливка кілька разів або одночасно на злитку створюють декілька переміщаються розплавлених зон з ділянками твердого матеріалу між ними. Швидкість переміщення розплавлених зон зазвичай 0,1-10 мм / хв, число проходів 10-15 і більше. Очищення закінчують при досягненні граничного (кінцевого) розподілу домішки, яке не може бути змінено подальшими переміщеннями зон.

Ефективність зонного очищення матеріалу від домішки залежить від коефіцієнта розподілу цієї домішки - відношення концентрації домішки в твердій фазі до концентрації в рідкій фазі, від кількості проходів і швидкості переміщення зони, від відношення довжини злитка до довжини зони. Зонне вирівнювання полягає в тому, що в першу зону поміщається легіруюча добавка, яка при багаторазовому переміщенні зони по зливка рівномірно розподіляється по його довжині. Іноді для рівномірного розподілу домішки по злитку застосовують попеременное рух зони від початку до кінця злитка і назад. З. п. може бути використана одночасно з очищенням і для отримання монокристалів. Для цього застосовується початковий кристал - монокристалічний зародок, орієнтований в заданому кристалографічному напрямку. У місці стику затравочного кристала зі стрижнем, підметом З. п., створюється перша розплавлена ??зона, причому розплавляється частина стрижня і частина затравки. На межі розділу фаз "запал - розплав" створюються теплові умови, що забезпечують при затвердінні розплаву з боку затравки контрольовану кристалізацію в обумовленому затравкой напрямку. Особливий вид? - З. п. з температурним градієнтом (метод виготовлення р-n переходів, отримання фосфидов і арсенидів галію та індію). У цьому випадку між кордонами рідкої зони створюється різниця температур і концентрацій. У зв'язку з різною розчинністю компонентів системи при різній температурі відбувається переміщення зони в напрямку градієнта температур. Зазвичай швидкості переміщення зони 0,1-1,0 мм / год, температурна різниця до 80 град / мм.

Залежно від призначення, умов проведення процесу і продуктивності для З. п. застосовується різноманітна апаратура. За способом здійснення розрізняють контейнерні та бестігельной установки, які в свою чергу діляться за характером процесу на періодичні, методичні і безперервні; по розташуванню плавкого матеріалу - на горизонтальні і вертикальні; за способом переміщення зони - на установки з переміщається злитком або нагрівачем; за способом нагріву зони - на установки, що використовують нагрівачі опору (для матеріалів з температурою плавлення до 1500 ° С), індукційний нагрів (для плавки речовин з хорошою електропровідністю у вакуумі або інертному газовому середовищі), електроннопроменевій нагрів для плавки у вакуумі матеріалів з високою температурою плавлення), радіаційний нагрів (для матеріалів з низькою температурою плавлення), нагрів теплопровідністю, джоулевим теплом і пр.; за способом перемішування зони (конвентівное, механічне, електромагнітне); за складом атмосфери (вакуум, інертний або захисний газ). Апаратура контейнерної З. п. ( рис. 1 ) являє собою горизонтальну трубу 1, в якій переміщається контейнер 2 з очищається завантаженням 4. Нагрівачі 3 встановлюються зовні труби і нагрівають або завантаження, або контейнер. Зонноочіщенние злитки олова досягають 60 кг, германію - 10 кг, арсеніду галію - 1 кг. бестігельной З. п. ( рис. 2 ) здійснюється у вертикальній трубі 1, в якій встановлюється підлягає очищенню стрижень 2. Нагрівач 3 розташовується навколо стрижня зовні або всередині труби. Діаметр зонноочіщенних злитків кремнію досягає 35-50 мм, берилію, заліза - 25 мм, ванадію -15 мм.

Контейнерний З. п. розвивається у напрямі створення установок і процесів безперервної З. п. (зоннопустотний, зоннотранспортний, електродинамічні методи та ін), збільшення інтенсивності очищення, зменшення неоднорідності отримуваних кристалів, збільшення ступеня їх чистоти. Розвиток бестигельной З. п. здійснюється по шляху збільшення розмірів монокристалів (діаметр 55-65 мм ), інтенсифікації процесу очищення, досягнення однорідності розподілу домішок і дефектів структури. Розробка оптимальних режимів, створення більш досконалої апаратури, автоматизація процесу, застосування методів програмування характеризують загальну тенденцію розвитку З. п.

Літ.: Парр Н., Зонне очищення і її техніка, пров. з англ., М., 1963; Зонна плавка, сб .. під ред. В. Н. Вігдоровіч, М., 1966; Романенко В. Н., Отримання однорідних напівпровідникових кристалів, М., 1966; Вігдоровіч В. Н., Очищення металів і напівпровідників кристалізацією, М., 1969; Пфанн В. Дж., Зонна плавка, пров. з англ., М., 1960.

© К. Н. Неймарк.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка