Разработка и исследование технологии получения лейкосапфира для электронной техники

• Автор: Стефанович, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 168 с. : ил.

1.1 Дефекты, образующиеся в монокристаллах лейкосапфира в процессе их выращивания

1.1.1 Точечные дефекты.

1.1.2 Дислокации.

1.1.3 Блочность кристаллов.

1.1.4 Пористость и второфазные включения сапфира.

1.2 Получение кристаллов лейкосапфира методом ГНК

1.3 Проблемные факторы технологических процессов, определяющие качество монокристаллов лейкосапфира

1.3.1 Способы затравления и теплообмена, кристаллзатравка на начальной стадии роста.

1.3.2 Внутренние напряжения в блочном кристалле лейкосапфира.

1.3.3 Флуктуации температуры явления скачков при кристаллизации монокристаллического лейкосапфира

1.4 Зависимость скорости движения границы раздела фаз от размерного фактора

на всех этапах роста.
1.5 Современное состояние проблемы программного управления ростом объемного лейкосапфира в вакуумных печах.
1.6 Выводы по главе
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЛЕЙКОСАПФИРА
2.1 Способы контроля условий роста в методе ГНК
2.2 Исследование блочного строения кристаллов лейкосапфира.
2.3 Поляризационно оптический способ измерения остаточных напряжений
2.4 Выводы по главе
Глава 3 ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЛЕЙКОСАПФИРА МЕТОДОМ ГНК.
3.1 Формулировка расчетной модели процесса.
3.2 Расчет динамики проплавления шихты.
3.3 Исследование процесса кристаллизации. Расчет скорости движения границы раздела жидкой и твердой фаз
3.3.1 Начальная стадия кристаллизации.
3.3.2 Исследование поздних стадий кристаллизации
3.4 Выводы по главе 3.
Глава 4 ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛОВ
ЛЕЙКОС АПФИР А
4.1 Влияние технологических факторов на механизм образования пор
4.1.1 Расчет исходной пористости шихты
4.1.2 Давление, действующее на поверхность поры.
4.2 Динамика релаксации пузырей.
4.3 Остаточная пузырчатость расплава
4.4 Механизм массопереноса в расплаве.ВО
4.5 Стимулированное движение пор в расплаве.
4.6 Захват пор фронтом кристаллизации.
4.6.1 Влияние примеси на захват пузырей в растущем кристалле
4.6.2 Зависимость захвата пузырей от скорости перемещения фронта кристаллизации
4.7 Формирование дислокационных структур в растущем кристалле.
4.8 Выводы по главе 4.
Глава 5 РАЗРАБОТКА АППАРАТНО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ЛЕЙКОС АПФИР А
5.1 Разработка модели влияния параметров технологического процесса выращивания монокристаллов лейкосапфира на качество кристалла.
5.2 Выбор метода оптимизации управления технологическим процессом выращивания кристаллов лейкосапфира.
5.3 Разработка аппаратно программного комплекса управления установкой для выращивания монокристаллов лейкосапфира методом ГНК
5.3.1 Методика прецизионного измерения эффективного напряжения на нагревателе печи.
5.3.2 Методика обеспечения помехоустойчивости датчиков печей для выращивания объемного лейкосапфира.
5.3.3 Схемное решение стабилизации скорости двигателя электропривода
лодочки
5.3.4 Методика измерения положения лодочки в камере вакуумной печи
5.4 Микропроцессорный блок управления технологическим процессом
выращивания объемного лейкосапфира.
5.4.1 Микропроцессорный блок управления
5.4.2 Конструктивные особенности микропроцессорного блока управления.
5.5 Организация локальной сети для печей выращивания объемного
лейкосапфира.
5.6 Выводы по главе
Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕЙКОСАПФИРОВ В ИЗДЕЛИЯХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
6.1 Конструкционное применение лейкосапфира в качестве подложек в
изделиях электронной техники.
6.2 Изготовление датчика давления на основе структуры кремний на сапфире
6.3 Применение изделий из лейкосапфира в изделиях, выполняющих защитные
функции в технике.
6.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Приведен анализ этих процессов на ранних этапах с учетом сохранения плоского фронта кристаллизации и разветвления теплового потока на осевой и радиальный по мере увеличения длины кристалла, описаны оптимальные технологические режимы роста монокристалла. В четвертой главе приводятся результаты исследований влияния технологических факторов на механизм образования пор, устойчивость и динамика релаксации пузырей в расплаве, остаточная пузырчатость расплава и размещение пор в монокристалле лейкосапфира. Представлена разработанная и исследованная технологическая методика, позволяющая производить рост бездефектных монокристаллов лейкосапфира. В пятой главе описан разработанный аппаратнопрограммный комплекс управления установки для выращивания монокристаллов лейкосапфира. В шестой главе описан разработанный и исследованный датчик давления, включающий полупроводниковый чувствительный элемент на основе структуры кремний на сапфире, который может быть применен для измерения абсолютного, избыточного и разности давлений. Проведено исследование возможности применения монокристаллов лейкосапфира, выращенных методом горизонтальной направленной кристаллизации в качестве защитных экранов, способных противостоять ударной волне с высокой кинетической энергией. В последние годы достигнуты определенные успехи в развитии представлений о механизмах формирования кристаллов, морфологической устойчивости фронта кристаллизации, роли примесей, тепловых и концентрированных потоков и других факторов в образовании кристаллических структур. Однако, определение функциональных зависимостей параметров реального кристалла от условий его получения остается первостепенной задачей, так как от этого зависит решение проблемы получения кристаллического материала с заданными свойствами. Для решения этой проблемы необходим детальный анализ процессов и структуры среды, из которой выращивают монокристаллы тепло и массопереноса не только на фазовой границе, но и в общем объеме жидкой и твердой фаз, процессов охлаждения кристаллов, их последующей термической и механической обработки. Требуется таюке создание автоматизированной системы контроля получения монокристаллов лейкосапфира. Существует множество методов выращивания монокристаллов сапфира 1. Наиболее перспективными оказались методы выращивания из расплава, позволяющие получать кристаллы больших размеров при больших скоростях роста по сравнению с кристаллизацией из растворов или газовой среды. В зависимости от того ведется кристаллизация в тигле или без него, различают бестигельные методы метод Вернейля, метод плавающей зоны и тигельные методы Киропулоса, Чохральского, Бриджмена Стокбаргера, Степанова, методы зонной плавки и горизонтально направленной кристаллизации. Методы выращивания из большого объема расплава методы Киропулоса, Чохральского, Бриджмена Стокбаргера, горизонтально направленной кристаллизации. Объем расплава влияет на характер и интенсивность ряда физико химических процессов, происходящих в расплаве . Расплав может диссоциировать, а продукты диссоциации испаряться в атмосферу. Для таких веществ ограничивают время пребывания в расплавленном состоянии, т. Аналогичные условия должны выполняться и для веществ, которые взаимодействуют с материалом контейнера и атмосферой. Следует обратить внимание на различие условий конвекции для обеих групп методов. В большом объеме расплава конвективные потоки развиваются свободно, и конвективный перенос веществ играет заметную роль 5. В малом объеме конвекция не может играть такой роли, и масса переносится путем диффузии. В методе горизонтально направленной кристаллизации ГНК удачно сочетаются элементы направленной кристаллизации и зонной плавки 6. Если при обычном выращивании из расплава расплавляется вся шихта, то при ГНК между затравочным кристаллом и поликристаллическим агрегатом шихтой создается локальная расплавленная зона. Кристалл растет при медленном перемещении этой зоны вдоль контейнера с шихтой, имеющем форму лодочки рис. Рис. В этом случае уменьшается время пребывания вещества в расплавленном состоянии, что ослабляет интенсивность термической диссоциации 7. В тоже время ширина зоны такова, что градиент температуры достаточно велик.