Metoda Czochralskiego

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Monokryształ krzemu otrzymany metodą Czochralskiego

Metoda Czochralskiego, proces Czochralskiego – technika otrzymywania monokryształów opracowana w 1916 roku przez polskiego chemika Jana Czochralskiego. Jest ona najstarszą i jedną z najpowszechniej stosowanych na świecie metod wytwarzania monokryształów półmetali (zwłaszcza krzemu do produkcji półprzewodników), metali i ich stopów.

Półprzewodniki − najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10 do 10 S/cm) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie bądź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.Metody otrzymywania kryształów syntetycznych - zbiór metod prowadzących do otrzymywania mniej lub bardziej doskonałych kryształów.

Opis metody[ | edytuj kod]

Zasada metody Czochralskiego

Otrzymywanie monokryształu polega na włożeniu do roztopionego materiału zarodka krystalicznego i następnie powolnym i stopniowym wyciąganiu go z roztopu, w sposób zapewniający kontrolowaną i stabilną krystalizację na jego powierzchni. Dodatkowo, jeśli wymagają tego warunki przebiegu krystalizacji, zarodek oraz tygiel mogą zostać wprawione w ruch obrotowy (celem poprawy warunków transportu masy i wymiany ciepła).

Metoda flux-melt (inaczej krystalizacja z roztworu bezwodnego) - metoda otrzymywania monokryształów polegająca na stosowaniu topników tworzących roztwór z krystalizowanym materiałem.Utlenianie – reakcja chemiczna, w której atom przechodzi z niższego na wyższy stopień utlenienia (co jest równoważne z oddaniem elektronów).

W rezultacie otrzymuje się cylindryczny monokryształ o orientacji krystalograficznej zarodka. Wymiary (średnica i długość) oraz kształt hodowanego kryształu kontrolowane są prędkością przesuwu i prędkością obrotową zarodka, ograniczone są jednak parametrami układu zastosowanego do hodowli.

Stop metali (dawniej także: aliaż) – tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję.Półmetale (metaloidy) – pierwiastki chemiczne, które mają własności pośrednie między metalami i niemetalami. Zalicza się do nich: antymon, arsen, bor, german, krzem, tellur oraz czasami także selen, glin, polon i astat, w niektórych podręcznikach także węgiel, mający najwyższą temperaturę topnienia z dotychczas poznanych pierwiastków, oraz fosfor (tworzący odmianę czarną o właściwościach fizycznych przypominających metal).

W metodzie Czochralskiego najczęściej stosuje się piece indukcyjne. W zależności od krystalizowanego materiału do topienia stosuje się tygle wykonane z kwarcu, grafitu, azotku boru lub innego materiału żaroodpornego niewchodzącego w reakcję z krystalizowaną substancją. W celu zapewnienia czystości i zapobieżenia utlenieniu proces prowadzi się w próżni albo atmosferze gazu obojętnego.

Grafit – pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Stosowany jako naturalny suchy smar. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.Gaz obojętny – gaz, który jest obojętny chemicznie i w warunkach danej reakcji chemicznej nie uczestniczy w jej przebiegu. Zwykle do gazów obojętnych zalicza się azot, dwutlenek węgla i gazy szlachetne.

Zobacz też[ | edytuj kod]

  • metody otrzymywania kryształów syntetycznych
  • metoda Verneuila
  • metoda Bridgmana
  • metoda flux-melt
  • metoda hydrotermalna
  • wafel krzemowy
  • Przypisy[ | edytuj kod]

    1. Paweł Tomaszewski: Jan Czochralski i jego metoda. Jan Czochralski and his method, Oficyna Wydawnicza Atut, Wrocław–Kcynia 2003, ​ISBN 83-89247-27-5
    Zarodek krystalizacji (nazywany dawniej zaródź krystalizacji) - punkt w przestrzeni, od którego zaczyna się proces krystalizacji.Piec indukcyjny – piec elektryczny, w którym wsad (lub tygiel - w przypadku tygli przewodzących prąd elektryczny) nagrzewa się skutkiem przepływu przez niego prądów wirowych wzbudzonych zgodnie ze zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej.




    Warto wiedzieć że... beta

    Monokryształ – materiał będący w całości jednym kryształem (np. kryształ cukru, soli, półprzewodnika). Monokryształ może zawierać w całej swej objętości niewielką ilość defektów tejże struktury, a jego zewnętrzna forma nie musi odzwierciedlać struktury krystalicznej.
    Wymiana ciepła (nazywana także transportem ciepła lub przekazywaniem ciepła) jest to jeden ze sposobów (obok pracy) przekazywania energii pomiędzy układami termodynamicznymi.
    Metoda Verneuila – jedna z technika otrzymywania monokryształów polegająca na topieniu silnie rozdrobnionego materiału i jego krystalizacji ze stopu. W metodzie tej pierwotnie polikrystaliczny, drobno rozmielony materiał dozowany jest cienką strużką na płomień palnika, najczęściej tlenowodorowego, gdzie ulega stopieniu, a następnie otrzymana ciecz opada na monokrystaliczny podkład, którym jest najczęściej naturalny kryształ minerału - np. rubinu.
    Metoda Bridgmana-Stockbargera – technika otrzymywania monokrystalicznych materiałów gemmologicznych oparta na stopniowym schładzaniu wcześniej stopionej masy krystalizowanego materiału. W metodzie tej kryształy formują się na dnie tygla i rosną aż do całkowitego wyczerpania się masy stopionego substratu.
    {{Minerał infobox}} Brakujące pola: grafika6_opis. Nieznane pola: "pusty wiersz". Kwarc (dawniej kwarzec) – minerał z gromady krzemianów przestrzennych zbudowany głównie z dwutlenku krzemu.
    Krzem (Si, łac. silicium) – pierwiastek chemiczny, z grupy półmetali w układzie okresowym. Izotopy stabilne krzemu to Si, Si i Si. Wartościowość: 4 (w większości związków), 5 i 6. Krzem (monokryształy krzemu) jest wykorzystywany powszechnie w przemyśle elektronicznym.
    Krystalizacja – proces powstawania fazy krystalicznej z fazy stałej (amorficznej), fazy ciekłej, roztworu lub fazy gazowej. Krystalizacja jest procesem egzotermicznym. Przeprowadza się ją w celu wyodrębnienia związku chemicznego z roztworu. Mieszaniny jednorodne cieczy (rozpuszczalnik) i ciała stałego (substancja rozpuszczona) mają graniczne stężenie, w którym rozpoczyna się proces krystalizacji.

    Reklama