Комаров Микола Вікторович. Вирощування легованих монокристалів InSb і моделювання конвекції в розплаві при впливі ультразвуку

Краткое описание

Комаров Микола Вікторович. Вирощування легованих монокристалів InSb і моделювання конвекції в розплаві при впливі ультразвуку : Дис... канд. наук: 05.02.01 2002

Комаров М.В. Вирощування легованих монокристалів InSb і моделювання конвекції в розплаві при впливі ультразвуку. Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.01 матеріалознавство. Національна Академія наук України, НТК Інститут монокристалів”, Інститут монокристалів, м. Харків, 2002 р.
Дисертація присвячена розробці способу зниження шаруватої неоднорідності легуючої домішки телуру в монокристалах InSb, вирощених методом Чохральського.
Рішення цієї задачі здійснювали шляхом впливу ультразвуку на розплав у процесі витягування монокристала. Частота ультразвуку установлювалась від 0,6 до 5,0 МГц. Встановлено, що ультразвуковий вплив приводить до зниження шаруватості телуру, обумовленої ефектом грані”. Запропоновано механізм впливу ультразвуку на шаруватість у цій області кристала завдяки утворенню стоячої звукової хвилі у розплаві.
Дослідження конвекції в модельній рідині показало, що в її обсязі між хвилеводом і диском формується стояча звукова хвиля. Як модельна рідина обрана дистильована вода, а домішки частки Al та Al2O3. Частки концентруються у полі стоячої хвилі в площинах, відстань між якими відповідає половині довжини ультразвукової хвилі у воді.

1. Розроблені засіб вирощування монокристалів InSb в ультразвуковому полі і без нього, метод підготовки поверхні досліджуваних зразків монокристалів, виявлення шаруватості телуру методом хімічного травлення і спостереження її методами оптичної й електронної мікроскопії. Розрахунок і експериментальні данні підтвердили, що використовувані умови вирощування монокристалів InSb, близькі до рівноважних, і не створюють умов для виникнення концентраційного переохолодження розплаву під фронтом кристалізації. Вивчено шаруватість телуру в монокристалах InSb, обумовлена ефектом грані” і обертанням кристала.
2. Встановлено, що витягування монокристалів InSb в ультразвуковому полі з частотою від 0,6 до 5 МГц і інтенсивністю до 0,1 Вт/см2приводить до повного усунення шаруватості, обумовленої ефектом грані”. Шаруватість з меншою періодичністю, обумовлена обертанням кристала, не усувалася при вирощуванні монокристалів в ультразвуковому полі цим способом. Інтенсивність ультразвуку в експериментах у всьому використовуваному діапазоні частот була значно нижче порога кавітації в розплаві In-Sb і не перевищувала 0,1 Вт/см2.
3. Розраховано гідродинамічні параметри розплаву In-Sb і інтенсивність ультразвуку на межі розділу фаз з урахуванням його поглинання в розплаві. Обґрунтовано вибір частотного діапазону ультразвуку від 0,6 до 5 МГц для зниження шаруватості в монокристалах InSb. Запропоновано модель ультразвукового впливу на шаруватість в області грані”. Утворення стоячої звукової хвилі в розплаві In-Sb під фронтом кристалізації може сприяти збільшенню ефективної в'язкості розплаву і придушенню конвекційних течій у ньому. Ефективний коефіцієнт розподілу домішкив цьому випадку може зменшитися від 4 до 1.
4. Розроблено методику вивчення конвекції в модельній рідині при умовах, подібних до вирощування кристалів в ультразвуковому полі, що дозволило підтвердити обґрунтованість запропонованого механізму ультразвукового впливу на шаруватість.
5. Вивчено вплив ультразвуку інтенсивністю до 0,04 Вт/см2з частотою 0,6 МГц і 1,25 МГц на конвекцію в модельній рідині, у якості якої обрана дистильована вода. Цей вибір обумовлений тим, що гідродинамічні параметри, характеризуються числами Релея і Шмідта, і деякі фізичні параметри, наприклад, коефіцієнт поглинання ультразвуку і кінематична в'язкість, мають близькі значення. Встановлено, що у воді утворюється стояча звукова хвиля. Частки, зважені у неї, концентруються в площинах рівнобіжних меж розділу рідина-диск. Відстань між шарами часток відповідає половині довжини ультразвукової хвилі у воді.
6. Показано, що акустичні течії поза областю стоячої хвилі мають вихорообразний характер і сприяють перемішуванню рідини. Форма границі розподілу відіграє важливу роль при формуванні стоячої хвилі. При опуклій чи ввігнутій границі розподілу звужується область, у якій формується стояча хвиля під диском.