Поперечный электроперенос в жидких металлах и полупроводниках

• Автор: Трунина, Ольга Евгеньевна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 177 с. : ил.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Гальваномагнитные явления в кристаллических

и жидких металлах

1.1.1. Магнитосопротивление монокристаллов

1.1.2. Магнитосопротивление поликристаллов

1.1.3. Гальваномагнитные явления в жидких металлах

1.2 Модели электронной структуры и проводимости

жидких металлов

1.2.1 Структура жидких металлов

1.2.2 Рассеяние электронов в жидких металлов

1.2.3 Электронная структура жидких металлов

1.2.4 Теории проводимости жидких металлов
1.3 Электроперенос примесей в металлах
1.3.1 Теоретические основы электропереноса
1.3.2 Особенности электропереноса в жидких металлах
1.3.3 Электроперенос в магнитном поле
1.4 Получение высокочистых веществ
1.4.1 Очистка жидких металлов электропереносом
1.4.2 Другие современные методы очистки
1.5 Получение кремния для электронной промышленности
и солнечной энергетики
1.5.1 Обзор методов получения поли-и
монокристаллического кремния
1.5.2 Кремний для солнечной энергетики
1.6 Постановка задач
2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Химико-спектральный анализ
2.2 Масс-спектрометрические методы анализа вещества

{щ 2.3 Контроль чистоты по относительному остаточному
сопротивлению
2.4 Измерение электрофизических характеристик гетероструктур,
ф выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
2.5 Рентгеноструктурный анализ
3. МАГНИТОСОПРОТИВЛЕНИЕ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ
3.1 Измерение электросопротивления жидкого галлия
* в поперечном магнитном поле
3.2 Электросопротивление жидкого галлия в магнитном поле
и модель электронной структуры жидких металлов
4. ПОПЕРЕЧНЫЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕНОС В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
4.1 Изучение поперечного электропереноса в жидком галлии
ф 4.2 Получение высокочистых веществ
поперечным электропереносом в магнитном поле ’
4.2.1. Очистка галлия
4.2.2. Очистка индия
4.3 Электроперенос примесей в жидком галлии

4.4 Электроперенос примесей в расплавленном кремнии
5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
6. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ. Основные величины, используемые
® в расчетах, в системе СИ и СГС

Актуальность исследования. В настоящее время исследования в области физики жидких металлов являются актуальными как в связи с ростом областей самостоятельного применения жидких металлов, так и в связи с поиском методов получения веществ с особыми физическими свойствами для современной микро- и наноэлектроники (высокочистых материалов, прецизионных сплавов и т.п.), атомной техники, солнечной энергетики. Исследования показали, что очистка физическими методами материалов в жидком состоянии представляет собой одно из наиболее удачных сочетаний себестоимости и качества получаемого высокочистого вещества. Интерес представляет также совместное воздействие электрических и магнитных полей на квазижидкие объекты наноэлектроники.
Однако отсутствует теория, описывающая воздействие внешнего магнитного поля на электропроводность жидких металлов. Существующие на настоящий момент теории электропроводности жидких металлов (Мотта, Губанова, Займана) не учитывают это влияние. Отчасти такое состояние объясняется отсутствием надежных экспериментальных данных об электросопротивлении жидких металлов в широком диапазоне величин магнитного поля.
Одной из наиболее важных и актуальных проблем мировой науки и техники также является получение дешевого кремния в промышленных объемах для солнечной энергетики. Основную часть затрат при изготовлении фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) составляют расходы на кремний, который был и остается основным материалом ФЭП. Все существующие на сегодняшний момент технологии получения кремния для солнечной энергетики, включая хлоридную (Сименс-процесс), по сути своей являются лабораторными, с большими издержками, энергозатратами и низким выходом продукта, что принципиально определяется технологией и в ее рамках не может измениться.
Кристаллизационный метод очистки основан на различиях пределов растворимости примеси в материале в расплавленном или твердом состоянии. Известно несколько реализаций этого принципа: направленная кристаллизация, зонная кристаллизация и кристаллизация из расплава. Общее для этих способов очистки - поддержание температуры процесса, близкой к температуре кристаллизации. Основные ограничения кристаллизационных методов - достаточно высокая температура кристаллизации многих металлов и полупроводников и принципиальная невозможность удаления примесей из твердой фазы с коэффициентом разделения, близким или равным единице (что выполняется для многих элементов при концентрациях 10'5-10‘6 %).
Дистилляционные и сублимационные методы имеют аналогичное ограничение очистки от ряда примесей. Коэффициенты разделения примесей при кристаллизации и дистилляции могут различаться, поэтому на практике часто применяют комбинацию этих методов.
В настоящее время кристаллизационные и дистилляционные (сублимационные) методы очистки получили наиболее широкое промышленное применение; их использование на финишных этапах очистки позволило добиться получения сверхчистых веществ.
Однако повышение требований к чистоте веществ заставляет не только непрерывно совершенствовать известные методы очистки, но и проводить поиск новых, позволяющих добиваться в комбинации с традиционными методами улучшения чистоты материалов. При этом важно развивать методы очистки, которые были бы свободны от физических ограничений кристаллизационных и дистилляционных методов.
Рассматриваемые ниже методы очистки свободны от отдельных недостатков традиционных методов и позволяют выйти на рекордную чистоту материалов (до 10‘10 %).
Среди различных методов очистки веществ важное место занимает рафинирование металлов при переплаве [61]. Существуют различные варианты реализации очистки материалов при плавлении: тигельная плавка, гарнисаж-