Кірропулоса і Бриджмена
Добржанського, Чохральського, Степанова, зонного плавлення
Контейнер з розплавом і запалом кристала охолоджують так, щоб приманка завжди була холоднішою розплаву. За рахунок цього створюється градієнт температур, наприклад від розплаву до початковий кристал.
Градієнт температур не повинен бути більшим: щоб було гарна якість кристала. Це досягають різними способами: змінюють температуру щодо контейнера, переміщують нагрівач (Бріджмент, Столетов).
Особливо широко распростанени метод Чохральського - метод витягування з розплаву.
1 - стрижень; 2 - внутрішній тигель; 3 - початковий кристал; 4 - засипка ZrO2; 5 - зовнішній тигель.
Плюси методи: Великі швидкості росту, кристали хорошої якості.
Використовується для промислового добування металів і напівпровідникових кристалів.
При отриманні надчистих кристалів затравки частина витягають з розплавленої частини злитка, а нерозплавлений частина є контейнером - безтигельної метод холодного тигля (гарнісажу).
Метод зонного плавлення: контейнер нагрівають так, що утворюється зона, яка кристалізується через те, що кристал потрапляє в область більш низьких температур.
Метод Вернеля: порошок (наприклад Al2O3) висипають порціями через трубочки і надходить в пальник, утворюється пара. Початковий кристал знаходиться в печі, пари осідають на нього, відбувається швидке вирощування кристала.
Кристалізація з розплавів багато в чому схожа з кристалізацією з розчину.
Всі методи засновані на висновках з кінетичної теорії росту кристалу: зростання можливе тільки тоді, коли поблизу поверхні кристала підтримують градієнт температур (не повинен бути великий), отже, наявність нагрівача і холодильника.
Методи вирощування кристалів з розплаву використовують для тих речовин, розчинність яких мало або має нульовий ТКР.
Не вживають для речовин з високотемпературної модифікацією, для речовин, що плавляться з розкладанням.
Найбільш поширений дефект - термічне натяг, блочность (пов'язано з температурою і конвекційними потоками).
При переході з розплавленого стану в тверде майже завжди стрибкоподібно змінюється обсяг, в розчині кристала виникає мікроскопічні порожнечі, які в подальшому не заповнюються і викликають замутненность кристала.
Швидкість зростання приблизно дорівнює одиницям до десятків мм / год - дуже велика при порівнянні зі швидкістю зростання з розчину в розплаві (соті частки мм / год).
Особливу групу отримання великих кристалів представляють методи кристалізації при високих Т і Р у відповідних газових атмосферах або вакуумі.
Для отримання великих кристалів (CdS, CdCl, ZnS, ZnCl) зазвичай використовують кристали з розплаву під тиском десяток або сотень атмосфер в спеціальних автоклавах.
Мінуси методу може призвести до вибуху.
Тигельний і бестігельной методи вирощування кристалів
Найбільш старий тигельний метод Бріджінса. В тиглі з загостреним кінцем знаходиться початковий кристал.
Тигель роблять з речовини з Tпл >> Tпл поміщеного в нього напівпровідника.
Після завантаження тигля напівпровідник кристалізується речовиною, його поміщають в піч і нагрівають до Т >> Т плавлення матеріалу.
Піч з розплавом охолоджується так, щоб кристалізація починалася з загостреного кінця. Оскільки обсяг розплаву, що знаходиться в конусоподібної частини тигля, невеликий, то ймовірність утворення кількох центрів кристалізації мала, а одного центру велика.
У міру опускання тигля через зону печі фронт кристалізації постійно переміщається вгору і кристал росте, утворюючи монокристал, який повторює форму і розміри тигля.
Але найчастіше виникає кілька центрів кристалізації, отже, злиток складається з декількох великих монокристалічних зерен (можуть порушувати структуру).
Цей спосіб використовується для вирощування напівпровідникових кристалів (Si, Ge), а також тих речовин, які розкладаються при нагріванні (халькогеніди).
Іншим різновидом цього методу називається Зонне плавлення.
В один кінець тигля поміщають полікристалічний матеріал, а в інший кінець монокристалічного приманку. Тигель поміщають в алюмінієву трубу, в яку мають нагрівач. Він рухається в печі. У вузькій зоні нагрівання може бути з допомогою ТВЧ-печі - зона високої температури.
Після затравки шихта розчиняється. Розплавлена зона 2 пересувається від затравки 1 уздовж тигля і весь матеріал піддається розчиненню і переходить в монокристалічних стан.
Метод Бріджінса-Стокбаргера відноситься до методу спрямованої кристалізації, як і метод зонного плавлення: плавлені зниження температури розплаву при сталості градієнта температур.
Методом Бріджінса-Стокбаргера вирощують широкий клас речовин (металеві, органічні, діелектричні монокристали).
Плюси: 1. Простота технічної реалізації
2. Можливість завдання діаметра вирощує кристала шляхом підбору відповідного тигля
Мінуси: Значний вплив тигля на якість вирощування кристала, отже, хімічне забруднення розплаву. Існує ймовірність взаємодії стінок тигля з кристалом при охолодженні.
Кристали галогенідів талія КРС-6 TaCl - TaBr і КРС-5 TaBr - TaJ володіють хорошим пропусканням, особливо в інфрачервоній області спектра - використовуються в оптиці і виходять методом Бріджмена-Стокбаргера.