Зонная плавка

Большая Советская Энциклопедия. Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.


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 Ъ Ы Ь Э Ю Я 1 2 3 4 8 A L M P S T X
ЗА ЗБ ЗВ ЗГ ЗД ЗЕ ЗЁ ЗИ ЗЛ ЗМ ЗН ЗО ЗР ЗУ ЗЫ ЗЮ ЗЯ
ЗОБ
ЗОГ
ЗОД
ЗОЕ
ЗОЗ
ЗОИ
ЗОЙ
ЗОЛ
ЗОМ
ЗОН
ЗОО
ЗОП
ЗОР
ЗОС
ЗОТ
ЗОУ
ЗОФ
ЗОХ
ЗОЩ

Зонная плавка, зонная перекристаллизация, кристаллофизический метод рафинирования материалов, который состоит в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного твёрдого стержня из рафинируемого материала. Зонная плавка можно подвергать почти все технически важные металлы, полупроводники, диэлектрики, неорганические и органические соединения — свыше 120 веществ.

  Первое упоминание о применении Зонная плавка относится к 1927, когда этот метод был использован для очистки железа. Широкую известность Зонная плавка получила в 1952 благодаря работам В. Пфанна (США), который применил её для получения германия высокой степени чистоты в специальном контейнере (контейнерная Зонная плавка).

  Для осуществления контейнерной Зонная плавка на твёрдой загрузке, помещенной в контейнер, создаётся небольшой расплавленный участок, называемый зоной, который перемещается вдоль загрузки. При этом на одной поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз (фронт кристаллизации) происходит кристаллизация материала, а на другой (фронт плавления) — подпитка зоны исходным материалом. Контейнерная Зонная плавка применяется для очистки материала, не взаимодействующего с материалом контейнера. Для очистки полупроводникового кремния П. Кек и М. Голей (США) в 1953 предложили метод бестигельной Зонная плавка вертикально расположенного стержня (т. н. метод плавающей зоны). При этом расплавленная зона удерживается в основном силами поверхностного натяжения, поэтому бестигельная Зонная плавка широко применяется для тугоплавких или активных материалов с достаточно высоким поверхностным натяжением и не очень большой плотностью в жидком состоянии (кремний, германий, молибден, вольфрам, платина, паладий, рений, ниобий и др.). После 1955 Зонная плавка широко применяется в лабораторной и заводской практике для получения чистых материалов с содержанием примесей до 10-7—10-9% (т. н. зонная очистка), для легирования и равномерного распределения примеси по слитку (т. н. зонное выравнивание), а также для выращивания монокристаллов, концентрирования примесей в аналитической практике, создания эталонов высокой чистоты, исследования диаграмм состояния и пр. Зонная очистка основана на том, что при равновесии между жидкой и твёрдой фазами растворимость примесей в жидкой и твёрдой фазах различна. Для получения чистых материалов обычно расплавленную зону перемещают по слитку несколько раз или одновременно на слитке создают несколько перемещающихся расплавленных зон с участками твёрдого материала между ними. Скорость перемещения расплавленных зон обычно 0,1—10 мм/мин, число проходов 10—15 и более. Очистку заканчивают при достижении предельного (конечного) распределения примеси, которое не может быть изменено последующими перемещениями зон.

  Эффективность зонной очистки материала от примеси зависит от коэффициента распределения этой примеси — отношения концентрации примеси в твёрдой фазе к концентрации в жидкой фазе, от количества проходов и скорости перемещения зоны, от отношения длины слитка к длине зоны. Зонное выравнивание заключается в том, что в первую зону помещается легирующая добавка, которая при многократном перемещении зоны по слитку равномерно распределяется по его длине. Иногда для равномерного распределения примеси по слитку применяют попеременное движение зоны от начала к концу слитка и обратно. Зонная плавка может быть использована одновременно с очисткой и для получения монокристаллов. Для этого применяется затравочный кристалл — монокристаллический зародыш, ориентированный в заданном кристаллографическом направлении. В месте стыка затравочного кристалла со стержнем, подлежащим Зонная плавка, создаётся первая расплавленная зона, причём расплавляется часть стержня и часть затравки. На границе раздела фаз «затравка — расплав» создаются тепловые условия, обеспечивающие при затвердевании расплава со стороны затравки контролируемую кристаллизацию в обусловленном затравкой направлении. Особый вид  — Зонная плавка с температурным градиентом (метод изготовления р-n переходов, получения фосфидов и арсенидов галлия и индия). В этом случае между границами жидкой зоны создаётся разность температур и концентраций. В связи с различной растворимостью компонентов системы при различной температуре происходит перемещение зоны в направлении градиента температур. Обычно скорости перемещения зоны 0,1—1,0 мм/ч, температурная разность до 80 град/мм.

В зависимости от назначения, условий проведения процесса и производительности для Зонная плавка применяется разнообразная аппаратура. По способу осуществления различают контейнерные и бестигельные установки, которые в свою очередь делятся по характеру процесса на периодические, методические и непрерывные; по расположению плавящегося материала — на горизонтальные и вертикальные; по способу перемещения зоны — на установки с перемещающимся слитком или нагревателем; по способу нагрева зоны — на установки, использующие нагреватели сопротивления (для материалов с температурой плавления до 1500°С), индукционный нагрев (для плавки веществ с хорошей электропроводностью в вакууме или инертной газовой среде), электроннолучевой нагрев для плавки в вакууме материалов с высокой температурой плавления), радиационный нагрев (для материалов с низкой температурой плавления), нагрев теплопроводностью, джоулевым теплом и пр.; по способу перемешивания зоны (конвентивное, механическое, электромагнитное); по составу атмосферы (вакуум, инертный или защитный газ). Аппаратура контейнерной Зонная плавка (рис. 1) представляет собой горизонтальную трубу 1, в которой перемещается контейнер 2 с очищаемой загрузкой 4. Нагреватели 3 устанавливаются снаружи трубы и нагревают либо загрузку, либо контейнер. Зонноочищенные слитки олова достигают 60 кг, германия — 10 кг, арсенида галлия — 1 кг. Бестигельная Зонная плавка (рис. 2) осуществляется в вертикальной трубе 1, в которой устанавливается подлежащий очистке стержень 2. Нагреватель 3 располагается вокруг стержня снаружи или внутри трубы. Диаметр зонноочищенных слитков кремния достигает 35—50 мм, бериллия, железа — 25 мм, ванадия —15 мм.

Рис. 1. Схема контейнерной зонной плавки. Зонная плавка.

Рис. 1. Схема контейнерной зонной плавки.

Рис. 2. Схема бестигельной зонной плавки. Зонная плавка.

Рис. 2. Схема бестигельной зонной плавки.

Контейнерная Зонная плавка развивается в направлении создания установок и процессов непрерывной Зонная плавка (зоннопустотный, зоннотранспортный, электродинамические методы и др.), увеличения интенсивности очистки, уменьшения неоднородности получаемых кристаллов, увеличения степени их чистоты. Развитие бестигельной Зонная плавка осуществляется по пути увеличения размеров монокристаллов (диаметр 55—65 мм), интенсификации процесса очистки, достижения однородности распределения примесей и дефектов структуры. Разработка оптимальных режимов, создание более совершенной аппаратуры, автоматизация процесса, применение методов программирования характеризуют общую тенденцию развития Зонная плавка

 

  Лит.: Парр Н., Зонная очистка и её техника, пер. с англ., М., 1963; Зонная плавка, сб.. под ред. В. Н. Вигдоровича, М., 1966; Романенко В. Н., Получение однородных полупроводниковых кристаллов, М., 1966; Вигдорович В. Н., Очистка металлов и полупроводников кристаллизацией, М., 1969; Пфанн В. Дж., Зонная плавка, пер. с англ., М., 1960.

  К. Н. Неймарк.

 

 

Так же Вы можете узнать о...


Гироскоп направления, гироазимут, курсовой гироскоп, гирополукомпас, гироскопическое устройство для определения углов рыскания (изменения курса) и углов поворота объекта вокруг вертикальной оси.
Горчаков Николай Михайлович [7(19).8.1898, Петербург, — 28.
Гуджрат, город в Пакистане, в провинции Пенджаб.
Дедеагач (Dedeagac), турецкое название г. Александруполиса в Греции.
Джэксонвилл (Jacksonville), город на Ю. США, экономический центр северо-восточной части штата Флорида.
Доменное производство, производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных концентратов в доменных печах.
Единый демократический национальный фронт Северной Кореи (ЕДНФ), создан в Пхеньяне 22 июля 1946 по инициативе Коммунистической партии Северной Кореи.
Заграничные походы русской армии 1813-14 Заграничные походы русской армии 1813—14, боевые действия русской армии по изгнанию войск Наполеона из стран Западной Европы.
Зиновьев Георгий Васильевич [20.11(2.12).1887, Петербург, — 26.
Икт (от лат. ictus — удар, ударение), арсис (от греч.
Ирландская социалистическая республиканская партия (ИСРП), первая марксистская организация в Ирландии, сыгравшая видную роль в пропаганде марксизма и формировании пролетарского движения в стране.
Калейдоскоп (от греч. kalos — красивый, éidos — вид и skopéo — смотрю, наблюдаю), трубка, внутри которой по длине расположены 3 зеркальные пластинки, скрепленные под углом 60° друг к другу.
Карбоцепные полимеры ,полимеры, основная цепь макромолекул которых построена только из атомов углерода.
Кворум [лат. quorum (букв. — из которых) — первое слово формулы, применявшейся при назначении судей в Англии], количество участников собрания, необходимое для признания его правомочным.
Кларе Герман Кларе (Klare) Герман (р. 12.5.1909, Хамельн, ФРГ), немецкий химик, президент АН ГДР (1968).
Колотый лесоматериал, заготовки из древесины, получаемые раскалыванием коротких кряжей, в радиальном направлении.
Концерн (англ. concern), одна из наиболее развитых форм монополистических объединений, характеризующаяся единством собственности и контроля.
Краиште, горная область в Болгарии и Югославии, между рр.