Fremstilling af enkeltkrystaller ved zoneopvarmningsmetode

Fremstilling af enkeltkrystaller ved zoneopvarmningsmetode.

Blandt mange andre metoder, der tilhører den samme familie som Czochralski-metoden, Vi burde være interesseret i endnu en smeltemetodesion. Denne metode bruges til to forskellige formål: dyrkning af enkeltkrystaller og rensning af enkeltkrystaller fra skadelige urenheder. Det er en af ​​de yngste metoder - udviklet og brugt til at rense metaller kun for tredive år siden, i år 1952, af den amerikanske W.. G. Pfanna, og først meget senere tilpasset dyrkning af enkeltkrystaller.

Polykrystallinsk, materiale bestående af mange små krystaller, hvorfra vi ønsker at få en enkelt krystal, placeres i en speciel smeltedigel, et bådformet fartøj, lavet af et materiale med et højt smeltepunkt, ikke-reaktivt med materialet i den enkelte krystal, der dyrkes, og udsættes for opvarmning.

Dette er dog meget speciel opvarmning. I henhold til metodens navn opvarmes kun en meget smal zone af materialet, indtil det smelter. Hvis vi varmer op, starter vi kun fra den ene ende af materialet, og vi vil flytte kilden til høj temperatur mod den anden ende, så bringer vi det til en smelte i hele dets længde. Men hver gang varmekilden bevæger sig, smelter kun en, smalt lag af materiale. Det bliver køligere foran og bag hende, temperaturen stiger foran varmekilden - materialet smelter, og bag den kørende varmekilde går temperaturen ned – det tidligere smeltede materiale størkner og krystalliserer. Når temperaturforskellen mellem det flydende lag og størkningslaget og bevægelseshastigheden for den smeltede zone vil være tilsvarende lille, den enkelte krystal vil vokse under størkning.

Hovedsageligt dyrkes organiske krystaller ved zone-smeltning, men også ædelsten, og blandt dem den allerede kendte syntetiske yttrium-aluminium granat. Desuden letter denne metode fremstillingen af ​​YAG enkeltkrystaller, fordi det ikke kræver forudgående smeltning af ingredienser. Det er nok at blande meget findelt yttrium og aluminiumoxider, opvarm til lav temperatur under et bestemt tryk, og form den til den ønskede form ved sintring, f.eks.. kæmpe. Denne rulle indsættes i cylinderen af ​​kvartsglas, vi udsætter processen for zonesmeltning, og vi opnår en færdig enkeltkrystal.

På samme måde kan vi også opnå en enkelt krystal… vand, således en isrulle med en perfekt ordnet intern struktur. Forskellen mellem is- og granatæblekrystallisation er kun en temperatur i varmekilden, hvilket forårsager zonesmeltning. I zonesmeltningsprocessen anvendes induktionsopvarmning på samme måde som til overfladehærdning af stål, og under iskrystallisation… fryser.

Processen til oprensning af enkeltkrystaller ved hjælp af zonsmeltningsmetoden er identisk, ligesom kultiveringsprocessen med enkelt krystal og er uadskilleligt forbundet med den. Ved krystallisering nedstrøms for væskezonen frastødes alle urenheder fra overfladen af ​​den voksende krystal, hvilket er et naturligt træk ved enhver krystallisationsproces. Den eneste ene, som vi ved, betingelsen for at opnå meget rene krystaller er, at de vokser meget langsomt. Under krystallisationsprocessen tiltrækker den voksende krystal de ioner, den har brug for, atomer eller molekyler, og det frastøder fremmede elementer. Så hvis zonesmeltningsprocessen er langsom nok, alle urenheder forbliver i den smeltede zone og bevæger sig med denne zone til den ene ende af krystallen. Når vi holder af meget rene krystaller, denne proces gentages flere gange, og slutningen af ​​en enkelt krystal, hvor alle urenheder er samlet, vi skar.

Det sker dog nogle gange, især i tilfælde af ædelstene, at vi bevidst introducerer forurenende stoffer i enkeltkrystaller. Vi finder dem nyttige. Farve på ædelsten afhænger trods alt af forurening. Det sker, at vi jævnt vil fordele urenhederne gennem hele krystalvolumenet. Dette gælder for eksempel for. enkeltkrystaller, der anvendes til konstruktion af krystallasere, således også en sølvfarvet YOD-krystal. Bør zonsmeltningsmetoden i sådanne tilfælde opgives?? Tværtimod. Ved hjælp af denne metode kan vi endda øge forureningsfordelings homogenitet. Der er en betingelse. I stedet for at flytte den smeltede zone flere gange i en retning, som i renseprocessen for zonerne, f.eks.. fra venstre til højre ende af krystallen, vi smelter den enkelte krystal flere gange, men flytter varmekilden skiftevis en gang til venstre, en gang til højre. Vi opnår en homogen enkeltkrystal, perfekt til bygning af en laser.

Zonens smeltemetode har også flere forskellige variationer.

Ud over de vandrette metoder findes der lodrette digelmetoder. Der er også lodrette ikke-digelmetoder, hvor det smeltede lag af materiale ikke hviler mod diglens vægge, a spredes ikke sidelæns på grund af væskens overfladespænding. Det samme, som holder stålnålen fint placeret på overfladen af ​​vandet.