Разработка физико-химических основ и наземная отработка метода выращивания кристаллов полупроводников бесконтактной направленной кристаллизацией из расплава в условиях микрогравитации

• Автор: Марончук, Игорь Игоревич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Выращивание монокристаллов из расплавов в условиях пониженной гравитации Обзор литературы.

1.1 Введение

1.2 Общая схема эксперимента

1.3 Выбор кристаллизационной системы и исследуемых материалов.

1.4 Выбор методов выращивания и исследования свойств кристаллов.

1.5 Фундаментальные закономерности тепломассопереноса

кристаллизационных процессов в условиях микрогравитации.

1.6 Реальная микрогравитационная обстановка и ее влияние на

процессы кристаллизации на борту космических аппаратов

1.7 Применение внешних контролируемых воздействий для управления процессом тепломассопереноса в расплаве
при кристаллизации в условиях микрогравитации.
1.8 Выращивание материалов методом направленной
кристаллизации в условиях микрогравитации.
1.9 Постановка целей и задач исследований.
Глава 2. Разработка физико химических основ метода бесконтактной направленной кристаллизации расплавов полупроводников.
2.1 Введение
2.2 Сущность метода бесконтактной направленной кристаллизации и условия стабильности расплава при реализации
метода на борту космических аппаратов.
2.3 Принципиальная схема реализации метода
2.4 Обоснование выбора материалов для элементов конструкции
ростового узла установки выращивания
2.5 Исследования углов смачивания.
2.6 Выводы
Глава 3. Наземная отработка космических экспериментов.
3.1 Наземная отработка космических экспериментов по бесконтактной направленной кристаллизации германия на установке Галлар.
3.1.1 Введение
3.1.2.0собенности используемой аппаратуры.
3.1.3.Подготовки исходных и вспомогательных материалов
3.1.4.Разработка конструкции ампул для наземной
отработки и космических экспериментов.
3.1.5.Наземная отработка процесса направленной кристаллизации
на установке Галлар.
ЗЛ.б.Программы исследований образцов после
проведения космических экспериментов
3.1.7. Рекомендации по проведению космического эксперимента по кристаллизации германия методом бесконтактной направленной кристаллизации на установке Галлар или аналогичном оборудовании
3.1.8.Вывод ы.
3.2 Наземная отработка космических экспериментов по бесконтактной направленной кристаллизации антимонида галлия на установке Полизон.
3.2.1 Введение
3.2.2. Краткое описание установки Полизон.
3.2.3.Конструкции ампул и имитаторов для процесса
направленной кристаллизации на установке Полизон
3.2.4.Подготовки исходных и вспомогательных материалов, сборка ампул
3.2.5.Методика настройки температуры нагревателей установки типа Полизои.
3.2.6. Методические исследования и развитие метода контроля
направленной кристаллизации полупроводников в космосе.
3.2.7. Результаты наземной отработки процессов направленной кристаллизации антимонида галлия на установке Полизон,
исследование свойств полученных образцов.
3.2.8. Рекомендации по проведению космического эксперимента по кристаллизации антимонида галлия методом бесконтактной направлешюй кристаллизации на установке Полизон
3.2.8. Выводы
Глава 4. Разработка метода вертикальной направлешюй кристаллизации термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута.
4.1. Введение.
4.2 Разработка макета установки вертикальной направленной кристаллизации.
4.3. Выращивание кристаллов термоэлектрических материалов
на основе теллурида висмута
4.4. Исследования структуры и термоэлектрических свойств поликристаллических термоэлектрических материалов на основе халькогенидов висмута и сурьмы, выращенных методом вертикальной направленной кристаллизации
4.5.Рекомендации по разработке конструкции ампулы и наземной отработке экспериментов по бесконтактной направленной кристаллизации твердых растворов на основе теллурида висмута
4.6. Выводы
Выводы по работе.
Приложения.
Приложение 1
Приложение
Приложение
Приложение
Список литературы


Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, общих выводов, приложения. Работа изложена на 0 страницах машинописного текста, содержит рисунков, 7 таблиц и список литературы из 2 наименований. Глава 1. ПОНИЖЕНОЙ ГРАВИТАЦИИ. Введение. В литературном обзоре рассмотрено современное состояние работ по исследованию особенностей кристаллизационных процессов в условиях пониженной гравитации и использованию факторов космического полета для получения монокристаллов полупроводников с уникальной однородностью распределения электрофизических свойств и высоким структурным совершенством при выращивании из расплавов. Рассмотрены основные результаты получения материалов в условиях микрогравитации методом направленной кристаллизации. Обсуждаются существующие варианты реализации бесконтактных процессов при направленной кристаллизации полупроводников в космических условиях. На основании проведенного рассмотрения сформулированы задачи диссертационной работы. Общая схема проведения эксперимента. Исследования, выполненные в 1,2,3, позволили выбрать логически обоснованную схему осуществления космического эксперимента по выращиванию кристаллов см. При этом особенно важны правильные подходы к постановке и проведению космических ростовых экспериментов, обеспечивающие максимальную информативность получаемых результатов 4. Для этого авторы сначала выбирают наиболее подходящие объекты исследования и варианты осуществления ростового эксперимента, детально отрабатывают методы изучения структуры и свойств выращиваемых кристаллов. Далее, используя математическое и физическое моделирование, проводят анализ явлений тепломассопереноса ТМП в выбранном процессе кристаллизации как в земных условиях, так и в невесомости. Одним из важнейших этапов является наземная отработка космических экспериментов КЭ. Далее следует космический эксперимент, результаты которого авторы сопоставляют с данными, полученными в процессе наземной отработки. На основании этого сопоставительного анализа окончательно устанавливается специфика кристаллизациотгых процессов в космосе, корректируются используемые математические модели и условия последующих экспериментов. Этой схемы придерживаются сейчас многие ведущие научные коллективы в нашей стране и за рубежом. Как видно из схемы, успех определяется не только космической стадией проведения эксперимента, но и детальной отработкой соответствующего процесса в земных условиях и серьезным осмысливанием полученных при этом результатов. Рис. Выбор кристаллизационной системы и исследуемых материалов. Первое, с чем мы сталкиваемся при проведении исследований в условиях микрогравитации это выбор кристаллизационной системы. Так как речь идет о космическом эксперименте, то очевидно, что эта система должна обладать максимальной гравитациоппой чувствительностью. С этой точки зрения информативность экспериментов по кристаллизации из жидкой фазы существенно выше таковых, связанных с кристаллизацией из газовой фазы 5. Среди многообразия материалов, с которыми проводились эксперименты в космосе металлы, сплавы, композиты, стекла и т. Информация, которая была получена в результате более чем летних исследований в космосе у нас и за рубежом, своей уникальностью, в первую очередь, обязана использованию именно полупроводниковых материалов. На рис. В данном случае основным сенсором микрогравитационной обстановки на борту космических аппаратов КА является расплав. Авторы подчеркивают, что задача состоит в том, чтобы не просто зафиксировать и описать гидродинамические процессы, происходящие в расплаве для этого существуют те или иные приближения и достаточно хорошо работающие математические модели, а установить количественную связь между этими процессами и тем, как на них реагирует кристалл. Здесь возникают принципиальные сложности, поскольку не вполне ясна физическая природа и структура пограничного переходного слоя, а также характер изменения в нем основных теплофизических и кинематических характеристик расплава. Рис. Схема кристаллизационной системы.