4 Лабораторна робота №4

„МЕТОД ПОДВІЙНОГО Капілярного Тигля”

Мета роботи - моделювання умов вирощування кристалів при підживленні з рідкої фази; розрахунок режимів вирощування однорідно легованих кристалів заданої марки при підживленні як чистим стопом, так і стопом, який містить легуючу домішку.

4.1 Загальні відомості

Для отримання кристалів з рівномірним розподілом домішки по їх довжині використовують методи підживлення. Підживлення стопу полягає у рівномірній подачі в робочий об'єм основного компонента кристалізованої речовини або в уведенні в рідку фазу або видаленні з неї атомів легуючої домішки. З урахуванням цього підживлення може бути як позитивним (збільшення концентрації легуючої домішки в робочому стопі), так і негативним (зменшення концентрації легуючої домішки).

Для збільшення концентрації домішки в робочому об’ємі її вводять у стоп з газової фази (з пари легуючого компонента чи його сполуки) або механічно (скиданням у стоп дозованих наважок лігатури чи розчиненням твердого стрижня). Для зменшення концентрації домішки її видаляють випаровуванням або розбавляють робочий стоп чистим основним компонентом (підживлення чистою речовиною) чи основною речовиною з меншим вмістом домішки. Обов'язковою умовою є незалежність складу підживлення від складу робочого стопу.

4.2 Вирощування кристалів методом подвійного капілярного тигля

Метод подвійного капілярного тигля базується на підживленні робочого стопу з рідкої фази. Використання методу дозволяє або істотно поліпшити однорідність розподілу домішки вздовж зливку або вирощувати однорідно леговані кристали.

Схему установки для вирощування кристалів методом подвійного капілярного тигля наведено на рис. 4.1.

1 – кристал; 2 – робочий стоп; 3 – внутрішній (робочий) тигель; 4 – підживлюючий стоп ; 5 – капілярний канал ; 6 – резистивний нагрівач; 7 – загальний (підживлюючий) тигель Рисунок 4.1 - Схема установки для вирощування кристалів методом подвійного капілярного тигля

Кристал росте з внутрішнього (робочого) тигля, розташованого усередині загального (підживлювального) тигля, сполученого з робочим тиглем капілярним каналом. У робочому режимі йде безперервний потік речовини через капіляр з підживлювального до робочого об’єму. Домішковий компонент в капілярному каналі переноситься двома потоками: потоком j_ж, викликаним механічним переміщенням стопу між сполученими посудинами

j_ж = f_пС,

і потоком j_д, зумовленим молекулярної дифузією домішкового компонента,

j_д = – ,

де f_п - швидкість подачі підживлення;

С - різниця між концентраціями домішки в підживлювальному

і робочому об’ємах;

l_кап - довжина капіляра;

D - коефіцієнт дифузії домішки в рідкій фазі.

Щоб зберегти склад підживлювального стопу незалежним від складу робочого стопу, має виконуватися умова

j_ж  j_д,

тобто речовина має переноситися тільки механічним потоком стопу, а молекулярна дифузія, яка спричинює вирівнювання концентрацій домішки в робочому і підживлювальному тиглях, має бути пригнічена. Тоді для швидкості подачі підживлення f_п буде справедливим вираз

f_п  .

Ця умова легко виконується у випадку довгих і тонких каналів.