Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Плавка твердых тел подвижной зоной, расплавляемой электронной бомбардировкой

05.12.2018

Метод плавки вертикально расположенного стержня подвижной зоной в применении к кремнию был впервые описан Кеком и Голеем. При этом методе отсутствие тигля имеет то преимущество, что исключаются загрязнения, связанные с применением тиглей. Многократно перемещая расплавленную зону вдоль образца, можно очистить материал от тех примесных атомов, которые имеют резко различные растворимости в жидкой и твердой фазах. Так как при последовательных проходах увеличивается размер зерен образца, то в результате этого процесса часто получаются монокристаллы. Кроме того, можно использовать затравку для выращивания кристаллов с определенной ориентацией. Этот метод был с успехом применен к кремнию, причем зона нагревалась или высокочастотным полем, или за Счет излучения от короткого цилиндрического тугоплавкого металлического нагревателя. Форма и стабильность подвижной зоны была в общем случае рассмотрена Кеком, Грином и Полком.

Недавно для получения стабильных подвижных зон авторами статьи была применена электронная бомбардировка. Этот метод нагрева имеет преимущества в отношении простоты работы и может быть легко применен ко многим тугоплавким материалам. На фиг. 1 схематично показана типичная экспериментальная установка. Твердый стержень закрепляется в зажимах в непрерывно эвакуируемой камере, и электроны из накаленной петлеобразной нити из чистого вольфрама устремляются к стержню за счет поля в несколько киловольт, образуя расплавленную зону. Можно установить фокусирующие экраны у катода или ниже его для того, чтобы контролировать длину бомбардируемой зоны. Расплавленную зону можно перемещать вдоль стержня за счет относительного перемещения стержня и устройства, в котором крепится нить накала. Этим способом можно легко получить расплавленные зоны в таких материалах, как кремний и никель, а также во многих других тугоплавких материалах. Например, путем нескольких проходов подвижной зоны вдоль вольфрамовых и рениевых (точка плавления 3160°) стержней диаметром 0,4 мм были получены монокристаллы в несколько сантиметров длиной (фиг. 2). В большинстве случаев необходима мощность менее 1 квт, которая может быть обеспечена источником тока, дающим несколько десятых ампера при нескольких киловольтах.

Некоторые расплавленные материалы при температуре плавления имели давление паров в несколько десятых микрона ртутного столба, однако, кроме напыления на стенки, не было замечено никаких осложнений. (Этот метод может быть успешно модифицирован для получения покрытий путем вакуумного напыления.)

Загрязнение образца вольфрамом, испаряющимся с нити накала, можно сделать ничтожно малым путем снижения температуры нити и увеличения напряжения поля для сохранения мощности или путем расположения нити под небольшим углом с образцом. В некоторых случаях вольфрамовую нить можно заменить нитью из материала самого образца.

Этот метод позволяет не только осуществить зонную очистку и выращивание монокристаллов многих тугоплавких металлов и соединений, HO приводит также к полному обезгаживанию этих металлов и соединений вследствие того, что плавка происходит в вакууме. Обычно для осуществления нагрева бомбардировкой необходимо, чтобы образец обладал небольшой электропроводностью. Однако мы с успехом плавили даже стержень из окиси алюминия, нанося на поверхность соответствующее вещество для получения достаточной начальной проводимости.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: