|
|
кристалл, растущий в переохлажд╦нном расплаве пли растворе, сохраняет свою форму, пока его радиус не достигнет критич. значения, зависящего от радиуса критич. зародыша и скорости поверхностных процессов К. В дальнейшем развиваются выступы, и кристалл приобретает скелетную (рис. 14, я, б) или дендритную форму (рпс. 14, и, г). Название последней связывается с появлением вторичных ветвей после достижения
первичным выступом
^ Ячеистый Фронт роста
∙= _ , Расплав
критич. длины.
Примесь, отталкиваемая фронтом К. из расплава, скапливается перед ним и, меняя равновесную темп-ру К., вызывает т. н, концентрац. переохлаждение, увеличивающееся по мере удаления от фронта. Если равновесная Рис. 13. Схема ячеистой структуры ТОМП-ра в расплаио фронта кристаллизации. увеличивается с расстоянием от фронта
быстрее, чем истинная, то возникает концентрационная неустойчивость. Она исчезает при достаточно высоких отношениях градиента тсмн-ры на фронте К. к его скорости.
Рис- 14. Исходный округлый кристалл циклогексанола в расплаве (а), начальная стадия роста скелетного кристалла (б), дендрит <а), дендрит при большом переохлаждении (г).
Фронт К. из раствора всегда неустойчив, т. к. поре-сыщение а увеличивается по мере удаления от растущей поверхности. Для огран╦нных кристаллов характерно большое пересыщение около вершин и р╦бер, прич╦м перепад о* увеличивается с размером грани. При достаточно больших пересыщс-нии и размере грани вор-шины становятся ведущими источниками ступеней роста, а в центр, частях граней возникают провалы ≈ начинается скелетный рост (рис. 15). Ему способствуют нек-рые примеси. Неустойчивость К, из растворов подавляется интенсивным перемешиванием, снижением пересыщения, а иногда введением примесей.
Захват примсеей. Отношение концентраций примеси в кристалле и исходном веществе наз. к о э ф. з а х в а-т а К. При К<,1 К. вед╦т к очистке от примеси кристалла, при К>1 ≈ к очистке исходной среды, К ≈ 1 соответствует сохранению концентрации. Коэф. захвата разными гранями различны и не совпадают с термоди-намич. равновесными, определяемыми диаграммой состояния. Поэтому состав кристалла отклоняется от термодинамически равновесного. Так, при лазерной или электронной импульсной рекристаллизации тонких приповерхностных слоев Si со скоростями К. до
к сек. м/с концентрация примесей As, Sb, In, Bi в кристалле Si превосходит равновесную в 3≈600 раз, прич╦м подавляющее большинство примесных атомов находится в узлах реш╦тки. Это связано, во-первых, со статистич. отбором: каждый узел реш╦тки при К. окончательно заполняется тем или иным атомом после множества попыток (от 10е≈1C7 при скоростях -Л0~3 см/с и до 10 при скоростях ~м/с). Во-вторых, в условиях быстрой К. не успевает протекать диффузия в расплаве.
Неравновесный захват примеси при послойном рос-те связан со статистич. отбором на ступенях, а также с тем, что даже равновесная концентрация примеси в поверхностном слое кристалла и торце ступени заметно отличается ОТ объ╦мной. При рис 1(. сскториалыюс и эй-достаточно быстром отложе- парное строение кристалла нйи слоев следующий слой алюмокалиевых квасцов. замуровывает предыдущий
вместе с содержащейся в н╦м примесью. В результате каждая грань захватывает примесь в кол-ве, отвечающем концентрации в е╦ поверхностном слое, и кристалл оказывается сложенным из секторов роста разных граней, с разл. концентрациями примесей и др. дефектов ≈ возникает т. н. секторнальноо строение кристалла (рис. 16). Количество примеси, захватываемое при движении ступени по грани, зависит от ориентации этой ступени. Поэтому сектор роста данной грани, в свою очередь, разбивается на области, отложенные вициналями разной ориентации с разным содержанием примеси (вицинальная секториальность, рис, 17).
Темп-pa и концентрация примеси на фронте К, из расплава флуктуируют из-за конвекции расплава и вращения кристалла и тигля в обычно слегка несимметричном тепловом поле. Соответствующие положения фронта К. отпечатываются в кристалле в виде полос (зонар-ное строение, рис. 16). Флуктуации темп-ры могут быть столь сильны, что рост кристалла сменяется плавлением и ср. скорость оказывается на порядок меньше мгновенной. Интенсивность конвекции и амплитуда полосчатости уменьшаются при выращивании кристаллов в невесомости.
Рис. 15. Скелетный кристалл
шпинели.
Рис. 17, Вициналъшлй холмик, образованный на грани ступенями трех разных ориентации вокруг краевой дислокации Z>(a), Разные склоны холмика захватывают разные количества примеси (б).
Образование дефектов. Посторонние газы, растворимые в растворах и расплавах лучше, чем в кристаллах, выделяются на фронте К. Пузырьки газа захватываются растущим кристаллом, если они превышают критич. размер, убывающий с увеличенном скорости роста (аналогично захватываются тв╦рдые частицы). При К. в невесомости кинвективный отвод пузырьков от фронта К. затрудн╦н и кристалл обогащается газовыми включениями. Специально создавая пузырьки, получают пен о материалы. Реальные кристаллы всегда имеют зоиарно и секториально распредел╦нные примеси, к-рые изменяют параметр реш╦тки, что вызывает внутр. напряжения, дислокации и трещины. Последние возникают также из-за несоответствия параметров решеток затравки (подложки) и нарастающего на ней кристалла. Источниками внутр. напряжений И дислока-
=Г
X
с;
и
&
X
501
