Монокристалл

Определение "Монокристалл" в Большой Советской Энциклопедии

Автоклав для гидротермального синтеза (схема)

Монокристалл, отдельный однородный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решётку и характеризующийся анизотропией свойств (см. Кристаллы). Внешняя форма Монокристалл обусловлена его атомнокристаллической структурой и условиями кристаллизации. Часто Монокристалл приобретает хорошо выраженную естественную огранку, в неравновесных условиях кристаллизации огранка проявляется слабо. Примерами огранённых природных Монокристалл могут служить Монокристалл кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза. От Монокристалл отличают поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества различно ориентированных мелких Монокристалл

Аппарат для выращивание монокристаллов по методу Вернейля (схема)

Монокристалл ценны как материал, обладающий особыми физическими свойствами. Например, алмаз и боразон предельно тверды, флюорит прозрачен для широкого диапазона длин волн, кварц - пьезоэлектрик (см. Пьезоэлектричество). Монокристалл способны менять свои свойства под влиянием внешних воздействий (света, механических напряжений, электрических и магнитного полей, радиации, температуры, давления). Поэтому изделия и элементы, изготовленные из Монокристалл, применяются в качестве различных преобразователей в радиоэлектронике, квантовой электронике, акустике, вычислительной технике и др. Первоначально в технике использовались природные Монокристалл, однако их запасы ограничены, а качество не всегда достаточно высоко. В то же время многие ценные свойства были найдены только у синтетических кристаллов. Поэтому появилась необходимость искусственного выращивания Монокристалл Исходное вещество для выращивания Монокристалл может быть в твёрдом (в частности, в порошкообразном), жидком (расплавы и растворы) и газообразном состояниях.

Аппарат для выращивание монокристаллов по методу Чохральского (схема)

Известны следующие методы выращивания Монокристалл из расплава: а) Стокбаргера; б) Чохральского; в) Вернейля; г) зонной плавки. В методе Стокбаргера тигель с расплавом 1 перемещают вдоль печи 3 в вертикальном направлении со скоростью 1-20 мм/ч (рис. 1). температура в плоскости диафрагмы 6 поддерживается равной температуре кристаллизации вещества. Т. к. тигель имеет коническое дно, то при его медленном опускании расплав в конусе оказывается при температуре ниже температуры кристаллизации, и в нём происходит образование (зарождение) мельчайших кристалликов, из которых в дальнейшем благодаря геометрическому отбору выживает лишь один. Отбор связан главным образом с анизотропией скоростей роста граней Монокристалл Этот метод широко используется в промышленном производстве крупных Монокристалл флюорита, фтористого лития, сернистого кадмия и др.

Аппарат для выращивания монокристаллов по методу Стокбаргера (схема)

В методе Чохральского Монокристалл медленно вытягивается из расплава (рис. 2). Скорость вытягивания 1-20 мм/ч. Метод позволяет получать Монокристалл заданной кристаллографической ориентации. Метод Чохральского применяется при выращивании Монокристалл иттриево-алюминиевого граната, ниобата лития и полупроводниковых Монокристалл А. В. Степанов создал на основе этого метода способ для выращивания Монокристалл с сечением заданной формы, который используется для производства полупроводниковых Монокристалл

Высокотемпературный кристаллизатор (схема)

Метод Вернейля бестигельный. Вещество в виде порошка (размер частиц 2-100 мкм) из бункера 1 (рис. 3) через кислородно- href="http://H-Hydrogen.info/">водородное пламя подаётся на верхний оплавленный торец затравочного монокристалла 2, медленно опускающегося с помощью механизма 5. Метод Вернейля - основной промышленный метод производства тугоплавких Монокристалл: рубина, шпинелей, рутила и др.

Низкотемпературный кристаллизатор (схема)

В методе зонной плавки создаётся весьма ограниченная по ширине область расплава. Затем благодаря последовательному проплавлению всего слитка получают Монокристалл Метод зонного проплавления получил широкое распространение в производстве полупроводниковых Монокристалл (В. Дж. Пфанн, 1927), а также тугоплавких металлический Монокристалл молибден, вольфрам и др.

Установка для кристаллизации (схема)

Методы выращивания из раствора включают 3 способа: низкотемпературный (растворители: вода, спирты, кислоты и др.), высокотемпературный (растворители: расплавленные соли и др.) и гидротермальный. Низкотемпературный кристаллизатор представляет собой сосуд с раствором 1, в котором создаётся пересыщение, необходимое для роста кристаллов 2 путём медленного снижения температуры, реже испарением растворителя (рис. 4). Этот метод используется для получения крупных Монокристалл сегнетовой соли, дигидрофосфата калия (KDP), нафталина и др.

Высокотемпературный кристаллизатор (рис. 5) содержит тигель с растворителем и кристаллизуемым соединением, помещенный в печь. Кристаллизуемое соединение выпадает из растворителя при медленном снижении температуры (раствор-расплавная кристаллизация). Метод применяется для получения Монокристалл железоиттриевых гранатов, слюды, а также различных полупроводниковых плёнок.

Гидротермальный синтез Монокристалл основан на зависимости растворимости вещества в водных растворах кислот и щелочей от давления и температуры. Необходимые для образования Монокристалл концентрация вещества в растворе и пересыщение создаются за счёт высокого давления (до 300 Мн/м² или 3000 кгс/см²) и перепадом температуры между верхней (T₁ ~ 250°C) и нижней (Т₂ ~ 500 °С) частями автоклава (рис. 6). Перенос вещества осуществляется конвективным перемешиванием. Гидротермальный синтез является основным процессом производства Монокристалл кварца.

Методы выращивания Монокристалл из газообразного вещества: испарение исходного вещества в вакууме с последующим осаждением пара на кристалл, причём осаждение поддерживается определённым перепадом температуры Т (рис. 7, а); испарение в газе (обычно инертном), перенос кристаллизуемого вещества осуществляется направленным потоком газа (рис. 7, б); осаждение продуктов химических реакций, происходящих на поверхности затравочного Монокристалл (рис. 7, в). Метод кристаллизации из газовой фазы широко используется для получения монокристальных плёнок и микрокристаллов для интегральных схем и др. целей.

Выбор метода выращивания Монокристалл определяется требованием к качеству Монокристалл (количество и характер присущих Монокристалл дефектов). Различают макроскопические дефекты (инородные включения, блоки, напряжения) и микроскопические (дислокации, примеси, вакансии; см. Дефекты в кристаллах).
  Существуют специальные методы уменьшения числа дефектов в Монокристалл (отжиг, выращивание Монокристалл на бездефектных затравочных кристаллах и др.).

При выращивании Монокристалл используются различные способы нагревания: омический, высокочастотный, газопламенный, реже плазменный, электроннолучевой, радиационный (в т. ч. лазерный) и электродуговой.

Лит.: Бакли Г., Рост кристаллов, пер. с англ., Монокристалл, 1954; Лодиз Р. А., Паркер Р. Л., Рост монокристаллов, пер. с англ., Монокристалл, 1973; Маллин Дж., Кристаллизация, пер. с англ., Монокристалл, 1966; Шубников А. В., Образование кристаллов, Монокристалл - Л., 1947; его же, Как растут кристаллы, Монокристалл - Л., 1935; Пфанн [В. Дж.], Принципы зонной плавки, в кн.: Германий, сб. переводов, Монокристалл, 1955 (Редкие металлы), с. 92. См. также лит. при ст. Кристаллизация.
  Х. С. Багдасаров.