а – ячеистая структура; б – карандашная структура
Линии сопряжения ячеек (канавки) оставляют в теле кристалла дефектные и обогащенные примесью слои, так что весь кристалл оказывается как бы сложенным из гексагональных палочек или пластинок (карандашная структура, рисунок 10б). На более поздних стадиях потери устойчивости возникает дендрит. Если температура расплава увеличивается при удалении от фронта роста, то фронт устойчив – ячейки и дендриты не возникают.
Если в переохлажденном расплаве (растворе) оказывается не плоская поверхность, а маленький кристалл, то выступы на нем (прежде всего вершины) развиваются в различных кристаллографических направлениях, отвечающих максимальной скорости роста, и образуют многолучевую звезду. Затем на этих главных отростках появляются боковые ветви, на них – ветви следующего порядка: возникает дендритная форма кристалла (рисунок 8). Кристаллографическая ориентация дендритного кристалла одинакова для всех его ветвей.
Выращивание монокристалловпроизводят из пара, раствора, расплава или твердой фазы. При выращивании монокристаллов из пара кристаллизующееся вещество возгоняется, его пары переносятся газом-носителем или диффундируют в зону роста, где конденсируются на затравочном кристалле, охлажденном относительно источника паров. Возможен также перенос в зону роста не паров кристаллизующегося вещества, а газообразных продуктов реакции этого вещества с каким-либо другим, с последующим разложении продуктов на нагретой затравке и выделением исходного вещества (метод хим. транспорта). Иногда в источник паров вводят вещество, пары которого разлагаются на затравке с образованием кристаллизующегося вещества, или реагенты, образующие на затравке кристаллизующееся вещество (метод хим. кристаллизации).
При выращивании монокристаллов из расплава контейнер с расплавом и затравкой охлаждают так, чтобы у границы раздела кристалл – расплав, которая перемещается в ходе кристаллизации, поддерживалось оптимальное переохлаждение. Этого достигают, обдувая контейнер потоком воздуха (метод Обреимова – Шубникова), перемещая нагреватель относительно расплава (метод Бриджмена), вытягивая затравку из расплава по мере роста кристалла без ее вращения (метод Киропулоса) или с вращением (метод Чохральского). Затравке и щели, из которой вытягивают кристалл, иногда придают специальную форму, выращивая монокристаллы разного профиля (метод Степанова). Используют также напыление капель расплава на затравке (метод Вернейля).
При выращивании монокристаллов из раствора для поддержания пересыщения среды испаряют растворитель, охлаждают раствор или подпитывают его. Если кристаллизующееся вещество имеет модификации с повышенной растворимостью, их используют для подпитки раствора; например, при выращивании алмаза раствор подпитывают графитом. В методе зонного растворения затравка и поликристаллическое вещество, подпитывающее раствор, разделены тонким слоем раствора, который поддерживают при более высокой температуре; этот слой раствора перемещается из-за растворения поликристаллического вещества и роста монокристалла. Выращивание кристаллических нитей проводят так называемым ПЖТ-методом, при котором затравку вводят в пересыщенный пар и наносят на его поверхность капли раствора, из которого кристаллизация идет быстрее, чем из пара; в результате капли (Ж) захватывают кристаллизующееся вещество из пара (П) и передают его затравке (Т).
При выращивании монокристаллов из твердой фазы поликристаллические образцы выдерживают при температуре, близкой к температуре плавления, например, пропуская через них электрический ток; иногда образцы деформируют на определенной стадии термообработки для ускорения рекристаллизации. Если вещество подвержено полиморфным превращениям, образец попеременно выдерживают при двух температурах, одна из которых выше, а другая – ниже температуры превращения (метод термоциклирования), или пропускают образец через нагреватель со скоростью, равной скорости превращения высокотемпературной модификации в низкотемпературную (метод Андраде).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.