РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ СЛИТКОВ ГЕРМАНИЯ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА МЕТОДОМ ЧОХРАЛЬСКОГО

Короткий зміст

ОсновнИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі проведено обґрунтування актуальності, сформульована мета і завдання дослідження. Визначено наукову новизну і розкрито практичне значення результатів, надано інформацію про публікації та апробацію роботи, відзначено особистий внесок автора і подано структуру дисертаційної роботи.

У першому розділі розглянуто та проаналізовано літературні джерела. Розглянуто методи та апаратуру для отримання злитків германію оптичного застосування. Також визначено вплив технологічного процесу вирощування кристалів за методом Чохральського на їх структурну і оптичну якість. Наведено як переваги методу, так і недоліки, які необхідно усунути для підвищення якості кристалів, вирощених даним методом. Проведений аналіз теоретичних і експериментальних досліджень процесів росту кристалів за методом Чохральського вказує на безпосередній зв'язок між реальними умовами росту кристала і зумовленими ними порушеннями кристалічної структури, які, в свою чергу, призводять до оптичних аномалій у вирощеному кристалі.  

Показано, що температурні умови вирощування монокристалів германію з розплаву – градієнти температур – можуть в цілому приводити до утворення в монокристалах структурних дефектів.

Також стало очевидним, що стабілізація фронту кристалізації в ході процесу вирощування є необхідною умовою отримання досконалих кристалів. Були розглянуті оптичні властивості монокристалів германію, необхідні для його застосування в ІК-оптиці. Показано зв'язок структурних недосконалостей монокристалу та їх вплив на оптичні показники: коефіцієнт заломлення, поглинання, розсіювання. Розглянуто методи дослідження поширення світла в монокристалах, виявлено їх недоліки. Встановлено вплив умов кристалізації на процеси формоутворення злитків (заготовок) германію. Також сформульовано мету і завдання дослідження.

         Другий розділ присвячений розробці методів експресного контролю оптичної та структурної якості монокристалів германію, обладнання для вирощування злитків оптичного германію діаметром 100 мм методом Чохральського.

Наявність температурно-ростових напруг може призводити до розтріскування кристалів як під час охолодження (на завершальній стадії росту), так і при механічній обробці. Ці ефекти найбільш яскраво виражені для монокристалів германію великого діаметру. Температурні градієнти, які провокують формування дислокацій, визначаються температурним розподілом в зростаючому злитку, і для того, щоб створити оптимальні температурні умови росту, ми досліджували температурні поля росту кристалу і процес формування фронту кристалізації.

         Нами було проведено моделювання теплового поля при зростанні злитку германію за методом Чохральського. Як з'ясувалося, на стадії зростання монокристалу постійного діаметра провідну роль у формуванні монокристалічної структури відіграють теплові умови процесу. Вони визначають осьові і радіальні градієнти температури в кристалі і розплаві, від яких залежать форма фронту кристалізації і термічні напруги в монокристалі.

Характер радіального і осьового градієнтів температури обумовлює форму фронту кристалізації. При певному співвідношенні їх він може мати найбільш сприятливий для зростання монокристалу германію плаский характер.

Внаслідок нерівномірного розподілу температури по довжині і по перерізу монокристала германія охолодження його також протікає нерівномірно. У результаті в ньому виникають термічні напруги. Оскільки розподіл щільності дислокацій N_∂ по перетину злитка відображає розподіл термічних напружень в цьому ж перерізі, воно суттєво залежить від симетрії теплового поля. Було розроблено експериментальну установку (рис. 1) для визначення подвійного променезаломлення (пластичної деформації) по площині пластин германію.