Preparación de monocristales por método de calentamiento por zonas.

Preparación de monocristales por método de calentamiento por zonas..

Entre muchos otros métodos pertenecientes a la misma familia que el método de Czochralski, Deberíamos estar interesados ​​en un método de fusión de zonas más. Este método se utiliza para dos propósitos diferentes.: cultivo de monocristales y purificación de monocristales de impurezas nocivas. Es uno de los métodos más jóvenes, desarrollado y utilizado para purificar metales hace solo treinta años., en el año 1952, por el estadounidense W.. GRAMO. Pfanna, y solo mucho más tarde se adaptó al cultivo de monocristales.

Policristalino, material que consta de muchos cristales diminutos, del cual queremos obtener un solo cristal, se coloca en un crisol especial, un barco en forma de barco, hecho de un material con un alto punto de fusión, no reactivo con el material del monocristal que se está cultivando, y sometido a calentamiento.

Sin embargo, este es un calentamiento muy especial.. Según el nombre del método, solo se calienta una zona muy estrecha del material hasta que se derrita.. Si calentamos, partimos de un solo extremo del material, y trasladaremos la fuente de alta temperatura hacia el otro extremo, luego lo derretimos en toda su longitud. Sin embargo, cada vez que la fuente de calor se mueve, solo una se derretirá., capa estrecha de material. Estará más fresco delante y detrás de ella., la temperatura aumenta frente a la fuente de calor: el material se derrite, y detrás de la fuente de calor que viaja, la temperatura baja – el material previamente derretido solidifica y cristaliza. Cuando la diferencia de temperatura entre la capa líquida y la capa de solidificación y la velocidad de movimiento de la zona fundida será correspondientemente pequeña, el monocristal crecerá durante la solidificación.

Los cristales principalmente orgánicos se cultivan mediante fusión por zonas., pero también piedras preciosas, y entre ellos el ya conocido granate sintético de itrio-aluminio. Además, este método facilita la preparación de monocristales de YAG., porque no requiere fusión previa de ingredientes. Es suficiente mezclar itrio y óxidos de aluminio muy finamente divididos., calentar a baja temperatura bajo una cierta presión y formar en la forma deseada por sinterización, p.ej.. lucha. Este rodillo se inserta en el cilindro de vidrio de cuarzo., sometemos el proceso a zona de fusión y obtenemos un monocristal acabado.

De la misma forma, también podemos obtener un monocristal… agua, por lo tanto, un rodillo de hielo con una estructura interna perfectamente ordenada. La diferencia entre la cristalización del hielo y la granada es solo una temperatura de la fuente de calor., que causa la fusión de la zona. En el proceso de fusión por zonas, el calentamiento por inducción se utiliza de la misma manera que para el endurecimiento de la superficie del acero., y durante la cristalización del hielo… congelación.

El proceso de purificación de monocristales mediante el método de fusión por zonas es idéntico, como el proceso de cultivo de monocristales y está inseparablemente conectado con él. Al cristalizar aguas abajo de la zona líquida, todas las impurezas se repelen de la cara del cristal en crecimiento., que es una característica natural de cualquier proceso de cristalización. El único, tal como lo conocemos, la condición para obtener cristales muy puros es que crezcan muy lentamente. En el proceso de cristalización, el cristal en crecimiento atrae los iones que necesita., átomos o moléculas, y repele elementos extraños. Entonces, si el proceso de fusión zonal es lo suficientemente lento, Todas las impurezas permanecerán en la zona fundida y se moverán con esta zona a un extremo del cristal.. Cuando nos preocupan los cristales muy puros, este proceso se repite varias veces, y el final de un solo cristal, en el que se han reunido todas las impurezas, cortamos.

Sin embargo, a veces sucede, especialmente en el caso de las piedras preciosas, que introducimos conscientemente contaminantes en monocristales. Los encontramos útiles. Después de todo, el color de las piedras preciosas depende de la contaminación.. Sucede, Que queremos distribuir uniformemente las impurezas por todo el volumen del cristal.. Esto se aplica, por ejemplo, a. monocristales utilizados en la construcción de láseres de cristal, así también un cristal YAG de neodimio plateado. ¿Debería abandonarse el método de fusión por zonas en tales casos?? De lo contrario. Con este método, incluso podemos aumentar la homogeneidad de la distribución de la contaminación.. Hay una condición. En lugar de mover la zona fundida varias veces en una dirección, como en el proceso de limpieza zonal, p.ej.. desde el extremo izquierdo al derecho del cristal, Derretimos el monocristal varias veces., pero moviendo la fuente de calor alternativamente una vez hacia la izquierda, una vez a la derecha. Obtendremos un monocristal homogéneo, perfecto para construir un láser.

El método de fusión zonal también tiene varias variaciones diferentes..

Además de los métodos horizontales, existen métodos de crisol vertical. También hay métodos verticales sin crisol., en el que la capa de material fundido no descansa contra las paredes del crisol, a no se extiende hacia los lados debido a la tensión superficial del líquido. Lo mismo, que mantiene la aguja de acero colocada delicadamente sobre la superficie del agua.