Файл: Лодиз, Р. Рост монокристаллов.pdf

труднений и неэкономным расходованием материала, поскольку исходная заготовка должна иметь гораздо большую величину, чем требующийся кристалл. Преимущество неконсервативного процесса (когда осуществим переплав) заключается в том, что повторную перекристаллизацию легко осуществлять (например, увеличением числа проходов при зонной очистке), добиваясь при этом заметного повышения степени чистоты. В целях обеспече­ ния равномерности распределения примеси по большому объему кристалла с успехом используется, например, неконсервативное зонное выравнивание, рассматриваемое далее в разд. 5.5.

2.9.РАВНОВЕСИЕ М Е Ж Д У ГАЗОМ И ТВЕРДОЙ ФАЗОЙ

ВОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ

Материал, выращиваемый в системе газ —твердое тело, дол­ жен обладать достаточно высоким давлением пара. Если давле­ ние пара недостаточно высоко, можно использовать комплексообразователи или другие реагенты для создания летучих соеди­

о чем речь пойдет несколько дальше. Для практического выра­ щивания из газовой фазы при температурах ниже температуры плавления не требуется, чтобы давление было равно атмосфер­ ному. Процесс роста кристаллов называют сублимацией, если в одной части системы испаряется твердый материал, а в другой он конденсируется из газа. Не обязательно материал испарять из твердого состояния. Например, в окрестности тройной точки1) возможно испарение жидкой фазы с последующей быстрой кон­ денсацией пара и образованием твердой фазы в другой части системы. Поскольку нас интересует рост кристаллов, ограничим­ ся анализом равновесия между газом и твердой фазой.

где T — абсолютная температура, р — давление, АН— теплота сублимации, R — газовая постоянная. Это уравнение выведено в предположении, что пар ведет себя как идеальный газ и что мольный объем газа велик по сравнению с мольным объемом твердого тела. Уравнением (2.28) описывается также давление пара над жидкостью, если пар подчиняется законам идеального газа и мольный объем пара намного больше, чем жидкости.

') Тройная точка — инвариантная точка, характеризующаяся единствен­ ным давлением и единственной температурой, при которых в однокомпонентнрй системе сосуществуют твердая, жидкая и газообразная фазы.

82 Р. ЛОДИЗ. РОСТ МОНОКРИСТАЛЛОВ

2.10. Р О С Т И З Р А С Т В О Р А

До настоящего времени при нашем рассмотрении различных процессов мы придерживались того порядка, который был ука­

нии кристаллов из однокомпонентных систем. В только что упо­ мянутой схеме предполагается, что подобным же образом можно описать и равновесия в многокомпонентных ростовых системах. Последние в свою очередь естественным образом подразделяют­ ся независимо от агрегатного (будь то твердощ, жидкого или

Ф И Г . 2.9. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ДВОЙНОЙ СИСТЕМЫ С ПОЛЕМ ВЫРАЩИВАНИЯ ИЗ РАСТВОРА.

газообразного) состояния среды на два других широких класса систем роста: 1) из раствора и 2) посредством химического взаи­ модействия.

Поскольку условия равновесности зависят от принадлежно­ сти к тому или другому из этих двух классов в большей степени, чем от природы среды, рассмотрим рост из многокомпонентных систем в свете такого их деления.

При росте кристаллов из раствора самой важной равновес­ ной характеристикой надо считать растворимость. Если раство­ ренное вещество имеет умеренную концентрацию, если исполь­ зуется один растворитель, а концентрации других примесей или активаторов малы 1 ) и если, наконец, растворимость раствори­ теля в кристалле пренебрежимо мала, то мы в таком случае имеем дело с тем полем двойной диаграммы состояния, которое помечено на фиг. 2.9 буквами а и (3. Буквой А на этом графике обозначен подлежащий выращиванию кристалл. Диаграмма

) ПРИ ТАКИХ УСЛОВИЯХ ОСНОВНАЯ «ПРИМЕСЬ», КОНЕЧНО, — САМ РАСТВОРИТЕЛЬ.

фиг. 2.9 построена в предположении, что А и В не образуют ни­ каких соединений. Легко видеть, что диаграмма состояния фиг. 2.9 подобна диаграмме фиг. 2.3,6, если не считать того, что эвтектика теперь расположена ближе к В, что свидетельствует о возможности существования разбавленных растворов, в которых А будет устойчивой фазой. Если бы компоненты А и В образо­ вывали соединения или твердые растворы, то в таком случае оказались бы уместными выводы, изложенные в связи с диа­ граммами фиг. 2.3,6 и г.

Типичная зависимость растворимости от температуры пред­

устойчивы, а когда пересыщение достаточно велико, растворен­ ное вещество осаждается или образует спонтанные зародыши в растворе или на стенках контейнера. Если в раствор ввести ку­

растворенного вещества начнет осаждаться на нем, пока кон­ центрация не снизится до концентрации насыщения. Однако без затравки чистые пересыщенные растворы, несмотря на их тер­ модинамическую неустойчивость, иногда способны сохраняться в спокойном состоянии весьма длительное время.

Область под кривой растворимости на фиг. 2.10 характери­ зует ненасыщенный раствор, т. е. раствор с концентрациями ра­ створенного вещества меньше равновесной.

Процесс растворения твердого вещества А представляет со­ бой частный случай химического равновесия, описываемого реакцией