Фізико-технічні основи одержання із розплаву великогабаритних лужногалоїдних монокристалів - Автореферат

Національна академія наук України Науково-технологічний концерн «Інститут монокристалів»Робота виконана в науково-дослідному відділенні лужногалоїдних кристалів з дослідним виробництвом науково-технологічного концерну "Інститут монокристалів" НАН України Науковий консультант: Член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор Гриньов Борис Вікторович, Генеральний директор Науково-технологічного концерну "Інститут монокристалів" НАН України. Офіційні опоненти: Доктор фізико-математичних наук, професор Матковський Андрій Орестович, Директор науково-дослідного центру "Кристал" держуніверситету "Львівська політехніка".На шляху підвищення досконалості структури кристала далеко не завжди вдається знайти обєктивні критерії оцінки успіху, настільки ж чіткі й ясні, як наявність або відсутність дислокацій у випадку одержання монокристалів кремнію і германію. Вони більш пластичні, ніж кремній і германій, мають істотно меншу теплопровідність і на порядок вищий коефіцієнт лінійного теплового розширення, тобто мають дуже специфічне поєднання саме тих фізичних властивостей, що визначають ступінь впливу термічних напруг на кристал, що росте. Для відтворюваного управління умовами росту при вирощуванні монокристалів із розплаву на затравці - методу, що дає найкращі результати відносно досконалості структури кристалів, - особливо важлива автоматизація процесу, яка б забезпечувала сталість масової швидкості кристалізації при незмінній формі міжфазної межі, тобто за стабільних умов теплообміну кристала з розплавом і навколишнім середовищем. Можливості управління процесом росту кристалів дуже обмежені; під контролем може бути тільки швидкість переміщення ампули в градієнтному тепловому полі печі при неконтрольованих формі міжфазної межі в кристалі і швидкості кристалізації. Дослідження проводилися в Інституті монокристалів НАН України, а з 1995 року в Науково-дослідному відділенні лужногалоїдних монокристалів із дослідним виробництвом НТК "Інститут монокристалів" відповідно до планів науково-дослідних робіт у рамках таких тем, проектів, держконтрактів і держзамовлень: тема "Рост", 1980-1981 рр. за координаційним планом Мінхімпрому (МХП); тема "Атом", 1980-1981 рр., за Директивою МХП від 27.03.78 р.У основі розвязуваної задачі було прагнення до реалізації сталості масової швидкості кристалізації на всіх етапах витягування кристала із розплаву. Принципи управління процесами вирощування кристала при змінному рівні розплаву в тиглі у першому наближенні базуються на виразі для балансу мас: (1) і його варіантах: , , , , де d - діаметр кристала, D - діаметр тигля, up - швидкість підйому кристала, - швидкість опускання рівня розплаву в тиглі, обумовлена масопереносом за рахунок підйому кристала, , RS і RL - густина кристала і розплаву при температурі плавлення відповідно. При відсутності масопереносу через парову фазу для балансу мас у наближенні плоского фронту кристалізації (ФК) отримано вираз: ,(2) де uk-результуюча швидкість витягування кристала з урахуванням термомеханічних змін густини кристала при вирощуванні, - результуюча швидкість опускання рівня розплаву в тиглі від сумарного впливу процесів масопереносу, цілеспрямовано не компенсованих підживленням, Wf - швидкість підживлення. Вираз (2) має універсальний характер і може використовуватися для усіх випадків вирощування кристалів із підживленням, у тому числі і при змінах ФФК, якщо ці зміни оцінювати швидкістю зміни усередненої висоти зануреної в розплав частини кристала - : ,(3) де - швидкість змінення рівня розплаву за рахунок зміни ФФК. Для управління процесом росту кристалів з умовами теплообміну, що змінюються, вимога масової швидкості кристалізації є недостатньою і потрібні додаткові заходи для підтримання діаметра кристала, що росте, постійним протягом усього процесу його росту.З аналізу процесів масопереносу на міжфазних межах, обумовлених витягуванням кристала, зміною густини розплаву і кристала, флуктуаціями форми фронту кристалізації і випаровуванням легколетких компонентів, виділені і конкретизовані основні параметри управління кристалізацією; отримані аналітичні вирази, що визначають взаємозвязок між швидкістю витягування кристала, швидкістю і складом підживлення, діаметром і складом кристала, який росте, являють собою фізичні основи управління процесами вирощування і складом кристалів у консервативних і неконсервативних системах. Встановлено кінетику і механізм пластичної деформації скидоутворення у кристалах на основі CSI, що ростуть, із різноманітним орієнтаційним фактором Шміда. Вирішено задачу управління дислокаційною структурою у кристалах NAI(Tl) при використанні такого технологічного параметра, як висота рівня розплаву в тиглі, керуючи яким можна переформовувати температурне поле у ростовій печі, маючи інформацію про знак і величину скривлення кристалографічних площин (001) у вирощеному кристалі. 9.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ