Préparation de monocristaux par la méthode de chauffage de zone

Préparation de monocristaux par la méthode de chauffage de zone.

Parmi de nombreuses autres méthodes appartenant à la même famille que la méthode Czochralski, Nous devrions être intéressés par une autre méthode de fusion de zone. Cette méthode est utilisée à deux fins différentes: faire pousser des monocristaux et purifier les monocristaux des impuretés nocives. C'est l'une des méthodes les plus récentes - développée et utilisée pour purifier les métaux il y a seulement trente ans, dans l'année 1952, par l'américain W.. g. Pfanna, et seulement beaucoup plus tard adapté à la culture de monocristaux.

Polycristallin, matériau composé de nombreux petits cristaux, dont on veut obtenir un monocristal, est placé dans un creuset spécial, un navire en forme de bateau, fait d'un matériau à point de fusion élevé, non réactif avec le matériau du monocristal en croissance, et soumis au chauffage.

Cependant, c'est un chauffage très spécial. Selon le nom de la méthode, seule une zone très étroite du matériau est chauffée jusqu'à ce qu'elle fonde. Si on chauffe, on part d'une seule extrémité du matériau, et nous déplacerons la source de haute température vers l'autre extrémité, puis on le fait fondre sur toute sa longueur. Cependant, à chaque fois que la source de chaleur se déplace, une seule fondra, fine couche de matériau. Il fera plus frais devant et derrière elle, la température monte devant la source de chaleur - le matériau est fondu, et derrière la source de chaleur mobile, la température descend – la matière préalablement fondue se solidifie et cristallise. Lorsque la différence de température entre la couche liquide et la couche de solidification et la vitesse de déplacement de la zone fondue seront d'autant plus faibles, le monocristal va croître pendant la solidification.

Les cristaux principalement organiques sont cultivés par fusion de zone, mais aussi des pierres précieuses, et parmi eux le grenat synthétique yttrium-aluminium déjà connu. De plus, cette méthode facilite la préparation de monocristaux de YAG, car il ne nécessite pas de fusion préalable des ingrédients. Il suffit de mélanger des oxydes d'yttrium et d'aluminium très finement divisés, chauffer à basse température sous une certaine pression et donner la forme souhaitée par frittage, par exemple.. combat. Ce rouleau est inséré dans le cylindre en verre de quartz, nous soumettons le processus à la fusion de zone et nous obtenons un monocristal fini.

De la même manière, on peut également obtenir un monocristal… l'eau, donc un rouleau à glace avec une structure interne parfaitement ordonnée. La différence entre la cristallisation de la glace et de la grenade n'est qu'une température de la source de chaleur, ce qui provoque la fusion de la zone. Dans le processus de fusion par zone, le chauffage par induction est utilisé de la même manière que pour le durcissement superficiel de l'acier, et pendant la cristallisation de la glace… gelé.

Le processus de purification des monocristaux par la méthode de fusion de zone est identique, comme le processus de culture du monocristal et y est indissociable. Lors de la cristallisation en aval de la zone liquide, toutes les impuretés sont repoussées de la face du cristal en croissance, qui est une caractéristique naturelle de tout processus de cristallisation. Le seul, comme nous le savons, la condition pour obtenir des cristaux très purs est qu'ils poussent très lentement. Dans le processus de cristallisation, le cristal en croissance attire les ions dont il a besoin, atomes ou molécules, et il repousse les éléments étrangers. Donc, si le processus de fusion zonale est assez lent, toutes les impuretés resteront dans la zone fondue et se déplaceront avec cette zone vers une extrémité du cristal. Quand on se soucie des cristaux très purs, ce processus est répété plusieurs fois, et la fin d'un monocristal, dans lequel toutes les impuretés se sont accumulées, nous coupons.

Cependant, il arrive parfois, surtout dans le cas des pierres précieuses, que nous introduisons consciemment des contaminants dans les monocristaux. Nous les trouvons utiles. Après tout, la couleur des pierres précieuses dépend de la pollution. Ça arrive, que nous voulons répartir uniformément les impuretés dans tout le volume du cristal. Cela s'applique, par exemple, à. monocristaux utilisés dans la construction de lasers à cristal, ainsi aussi un cristal de néodyme YAG de couleur argentée. Faut-il abandonner la méthode de fusion de zone dans de tels cas ?? Au contraire. En utilisant cette méthode, nous pouvons même augmenter l'homogénéité de la distribution de la contamination. Il y a une condition. Au lieu de déplacer la zone fondue plusieurs fois dans une direction, comme dans le processus de nettoyage zonal, par exemple.. de gauche à droite du cristal, on fait fondre le monocristal plusieurs fois, mais en déplaçant la source de chaleur alternativement une fois vers la gauche, une fois à droite. On obtiendra un monocristal homogène, parfait pour construire un laser.

La méthode de fusion zonale a également plusieurs variantes différentes.

En plus des méthodes horizontales, il existe des méthodes de creuset vertical. Il existe également des méthodes verticales sans creuset, dans lequel la couche de matériau fondu ne repose pas contre les parois du creuset, a ne s'étale pas latéralement en raison de la tension superficielle du liquide. Le même, qui maintient l'aiguille en acier délicatement posée à la surface de l'eau.