Исследование процесса выращивания способом Степанова лент сапфира различной ориентации

• Автор: Куандыков, Лев Львович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 93 с. : ил.

Глава I. Выращивание лент способом Степанова.

1. Способ Степанова.

2. Варианты способа Степанова

2.1. Классический метод Степанова (CS)

2.2. Вариант EFG

2.3. Вариант с некапиллярной подпиткой (NCS)

2.4. Выращивание из элемента формы (GES)

2.5. Вариационное формообразование (VS)

2.6. Вариант p-PD

3. Принцип суперпозиции групп симметрии Кюри

3.1. Принцип Кюри и форма профилированного кристалла

3.2. Принцип Кюри и термоупругие напряжения в кристалле
3.3. Принцип Кюри и дефектная структура профилированного кристалла
4. Монокристаллические ленты сапфира
4.1. Базисноограненные ленты
4.2. Проблема блоков в базисноограненных лентах
4.2.1. Тепловое поле и термоупругие напряжения в лентах
4.2.2. Механические воздействия на кристалл во время роста
Выводы из Главы I и постановка задачи
Глава II. Капиллярная задача. Угол роста при выращивании монокристаллических лент сапфира.
1. Угол роста и давление расплава.
2. Метод скользящего мениска для определения равновесного угла роста.
2.1. Измерение высоты фронта.
2.2. Измерение внешнего диаметра кристалла.
2.3. Измерение угла контакта мениска с формообразователем.
2.4. Расчет равновесного угла роста.
2.5. Оценка погрешностей.

3. Анизотропия угла роста и свободной поверхностной энергии при выращивании монокристаллических лент сапфира.
3.1. Морфология поверхности базисноограненных лент: исследование с использованием атомносилового микроскопа.
3.2. Форма мениска при выращивании ограненных лент.
3.3. Угол роста: изотропный случай
3.4. Угол роста: анизотропный случай
3.5. Свободная поверхностная энергия: изотропный случай.
3.6. Свободная поверхностная энергия: анизотропный случай
3.7. Ориентационная зависимость свободной поверхностной энергии кристалл-газ сапфира
3.8. Возможность механического контакта ленты с формообразователем
Выводы из Главы II
Глава III. Экспериментальное исследование теплового поля в монокристаллических лентах сапфира.
1. Измерение распределения температуры в лентах сапфира.
1.1. Метод вращиваемых термопар.
1.2. Оценка погрешностей.
1.3. Выращивание монокристаллических лент сапфира.
2. Температурные распределения в монокристаллических лентах сапфира. Явление скачков теплового поля.
2.1. Распределение температуры в тонких монокристаллических лентах сапфира.
2.2. Распределение температуры в массивных монокристаллических лентах сапфира.
2.2.1. Ленты сечением 50x6,5 мм.
2.2.2. Ленты сечением 38x6,5 мм.
3. Возможные причины скачков
3.1. Мелкие скачки
3.2. Крупные скачки

4. Термоупругие напряжения, к которым могут приводить скачки теплового ПОЛЯ
5. Вариации мощности нагрева при выращивании лент Выводы из Главы III
Глава IV. Термоупругие напряжения в монокристаллических лентах сапфира различных ориентаций. Модель образования блоков.
1. Выращивание лент различной ориентации и исследование их структуры
2. Распределение термоупругих напряжений в лентах различных ориентаций
3. Ориентационная зависимость термоупругих напряжений в лентах
4. Перестройка дислокационной структуры
5. Анализ совместного действия систем скольжения
6. Отсутствие характерных блоков в массивных базисноограненных лентах сапфира
7. Перераспределение термоупругих напряжений
8. Термоупругие напряжения вокруг газовых включений Выводы из Главы IV
Глава V. Управление дефектной структурой кристалла.
1. Кривизна теплового поля необходимая для выращивания безблочных базисноограненных лент
2. Компенсирующие перегибы теплового поля
Выводы из Главы V Общие выводы
Приложение I. Расчет термоупругих напряжений в монокристаллических лентах сапфира
Приложение II. Решение капиллярного уравнения Лапласа
Литература
(б) шум свободно висящей термопары в нагретой камере с аргоном составил ±0,5°С,
(в) там же, но уже закрепленной в пропиле затравки и подведенной к формообразователю: ±(2 -г 3)°С.
Таким образом, относительная погрешность показаний термопары не более чем ± 3°С.
Дополнительные трудности вносит различие оптических свойств спая термопары и объема монокристалла. Спай термопары поглощает излучение практически как черное тело, тогда как равный ему объем полупрозрачного сапфира поглощал бы лишь небольшую долю излучения, определяемую величиной коэффициента поглощения. Этот эффект должен приводить к тому, что при быстрых изменениях радиационного потока может возникать дополнительная динамическая погрешность, поскольку полупрозрачный кристалл будет прогреваться и остывать медленнее, чем непрозрачная термопара.
1.3. Выращивание монокристаллических лент сапфира
Выращивание проводилось в тепловой зоне с резистивным графитовым нагревателем, в атмосфере аргона. Использовался молибденовый формообразователь. Скорость вытягивания V составляла 1,0 мм/мин. В экспериментах со вращиванием 2х термопар V = 0,75 мм/мин. Размеры и ориентации выращиваемых лент представлены в Таб. 111-1.
Таблица 111-1.
Тип ленты Ширина, Толщина, Длина, Ориентация Огранка
мм мм мм ленты
тонкая 38 1,5 150 О О о >< 8, широкая сторона
38 6,5 200 {і120Уі010 узкая боковая
массивная ' л / сторона
50 6,5 200 {П20^10Ю) нет
Высота фронта во всех экспериментах была менее 0,1 мм. Колебаний высоты фронта более чем 0,05 мм, максимальное колебание, которое можно зарегистрировать при такой высоте, зарегистрировано не было