Файл: Аммер, С. А. Нитевидные кристаллы (получение, механизмы и кинетика роста) учеб. пособие.pdf

-I I 9 -

РОСТ НК КАРБИДОВ Методы выращивания НК карбидов характеризуются большим

разнообразием. Получают их в результате сложных физико-хими­ ческих процессов, механизмы которых не до конца еще выяснены.

Эти процессы протекают, как правило, при высоких температурах,

что обуславливает трудоемкость их осуществления. Наиболее изу­ ченным является рост усов карбида кремния и гораздо хуже -

карбидов других веществ.

вание различных кристаллографических модификаций в одном крис­

методы сублимации, методы, связанные с восстановлением двуоки­ си кремния до моноокиси ; окисления кремния; до моноокиси ре­

1 2 0 _

акции взаимодействия кремний- и углеродосодержащих газооораз-

ных веществ и термическое разложение сложных соединений (.пи-

ролиз).

Широкое применение для выращивания НК SiC нашли различные

При столь высокой температуре SiO оОразует газовую фазу,

в основном состоящую из паров кремния и неустойчивых кароидов

SiC2 и S * 2 C [46з] . Газовые компоненты диффундируют в

ооласти с оолее низкой температурой и, взаимодействуя между

сооой, ооразуют при конденсации НК S i 0 . Так как над карби­

дом давление паров кремния преобладает под давлением паров уг­

в несколько миллиметров. На рис.15 показана схема эксперимен­

тода Лели, так называемый Нортон-процесс, заключающийся в том,

что исходными продуктами в нем служат кремний и углерод, а

синтез карбида кремния происходит непосредственно в печи на

месте роста кристаллов [472] . Гамильтон [473] для этого заг­

ружал смесь порошков кремния и графита в цилиндрический графи­ товый стакан, разделенный на 2 камеры пористой перегородкой.

При нагреве исходной смеси в одной из камер до 2700°С газооб­ разные продукты кремния и углерода в атмосфере водорода прони­ кали через перегородку во вторую камеру и реагировали между со­

бой при более низкой температуре (вдоль стакана перепад тем­ ператур составлял 700°С). При этом на стенках сосуда наблю­ далось образование пластинчатых кристаллов o(-S iC . Попереч­

ные размеры их были 5-50 мкм, длина 10-15 мм и направление

роста <001) . Выращивание кристаллов можно также проводить и в атмосфере инертного газа например, аргона или в среде водо­ рода, разбавленного на 0,01-0,05 хлором (хлор можйо вводить ввиде НО? или о 00ц ) [474] .

122

Рис. 15

Схема эскпериментальной установки и распределение

- 123 -

Условия роста и морфология НК ji-SiO подробно исследо­ валась в работах [475-476] . В качестве исходной шихты исполь­ зовалась мелкодисперсная смесь порошков спектрально чистых кремния и углерода стехиометрического состава. Эксперименты

проводились в проточной системе на установке радиационного наг­ рева такого же типа, как и показанная на рис.В. Реакционным со­ судом служили фарфоровая или корундовая трубки с внутренним диаметром 20 мм. Шихта загружалась в лодочки из фарфоровой или корундовой керамики. Распределение температуры внутри реакцион­ ной зоны представлено на рис.16. Исследовался рост в потоке водорода или аргона, подаваемых в реакционную зону со скорости-

ми от 10 до 1000 ил/мин, при влажности от 2,8 до 4600 мГ/м .

Рост кристаллов наблюдался в интервале температур 13001650°С, причем обязательно требовалось наличие вдоль реакцион­ ной трубы температурного градиента 30 град/см"*. Кристаллы с

нитевидным габитусом формировались на стенках лодочек и трубки только в зонах I и Ш, где температура на 100-200° ниже макси­ мальной (рис.16). Убывание шихты в зоне П свидетельствует о

том, что важным процессом при росте НК SiC является транспорт летучих компонентов в области с более низкой температурой.

На скорость роста НК, их количество и морфологию оказыва­ ют влияние следующие факторы: температура, состав шихты, мате­

риал реакционных сосудов, состар газового потока, скорость егс подачи и т. д.

Оптимальными были температура 1550-1620°С. При температуре

- L3# -

Рис. 16

Распределение температуры в реакционной

камере

Р ис.17

ПК карбида кремния

а) общий вид в лодочке; б) выделения s.Cg на НК

(х5000).