《晶体生长理论ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶体生长理论ppt课件（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4 4 晶体生晶体生长长的的热热力学、力学、动动力学力学实际实际一、区熔提一、区熔提一、区熔提一、区熔提纯纯 二、晶体生二、晶体生二、晶体生二、晶体生长实际长实际根底根底根底根底 1 1、二元合金相、二元合金相、二元合金相、二元合金相图图图图概述概述概述概述 2 2、分凝景象与分凝系数、分凝景象与分凝系数、分凝景象与分凝系数、分凝景象与分凝系数 3 3、区熔原理、区熔原理、区熔原理、区熔原理1 1、晶体构成的、晶体构成的、晶体构成的、晶体构成的热热热热力学条件力学条件力学条件力学条件 2 2、晶核的构成、晶核的构成、晶核的构成、晶核的构成 3 3、晶体、晶体、晶体、晶体长长长长大的大的大的大的
2、动动动动力学模型力学模型力学模型力学模型一、区熔提一、区熔提纯 1 1、二元合金相、二元合金相图图概述概述1相相图平衡平衡图、形状、形状图表示在平衡形状下，合金的组成相或组织形状与温度、成分之间关系的简明图解 。平衡形状 : 合金的成分、质量分数不再随时间而变化的一种形状。 合金的极缓慢冷却可近似以为是平衡形状。 相图用途： 研讨合金的相变、组织构成及变化的规律； 制定热加工工艺的重要工具。 2 2表示方法表示方法 T/ 1083 纯Cu t/h 冷却曲线 相图 L S 纯金属可用一条温度轴表示出不同温度下的相形状。 二元合金的组成相不仅与温度有关，还与合金的成分有关。如Cu-Ni相图 ：相图
3、分析：2个点、2条线、3个区。 测定方法：热分析法最常用。 二元合金相图的建立热分析法建立相图的过程 配制系列成分的铜镍合金 测出它们的冷却曲线，得到临界点 把这些点标在T成分坐标上 将具有一样意义的点衔接成线，标明各区域内所存在的相， 即得到Cu-Ni合金相图2 2、分凝景象与分凝系数、分凝景象与分凝系数、分凝景象与分凝系数、分凝景象与分凝系数 1 1分凝景象分凝景象定义：含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同景象偏析景象。 2 2平衡分凝系数平衡分凝系数在一定温度T下，平衡形状时，杂质在固液两相中浓度的比值AA3 3有效分凝系数有效分凝系数非平衡形状：一
4、定的结晶速度，结晶速度大于杂质在熔体中的分散速度杂质在界面附近熔体中堆积，构成浓度梯度加快向熔体内部分散到达动态平衡：单位时间内，界面排出的杂质量与分散等分开界面的杂质量相等，在界面薄层中浓度梯度不再改动。为了描画界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中的杂质浓度的影响,引出有效分凝系数 Keff=CS/CL0 Cs: 固相杂质浓度 CL0 : 熔体内部的杂质浓度界面不挪动或者挪动速度0时无限缓慢结晶时, CL0 CL，KeffK0一定速度结晶时, CL0CL，KeffK0 CS =KeffCL04 4BPSBPS公式公式描画Keff与K0关系杂质在界面附近的分散层中，液流平稳，杂质运动主要是分散，杂
5、质分布不均匀，存在浓度梯度在熔体内部，液流运动猛烈，杂质分布均匀1、f D/时，Keff1，即固液中杂质浓度差不多.分凝效果不明显2、fD/时，KeffK0，分凝效果明显为使分凝效应显著，应取fD/的凝固速度通常 f10-3cm/s，采用电磁搅拌熔体，会使分散层中积累的杂质加速输运到整个熔体中去，将变小，有助于KeffK0。3 3、区熔原理、区熔原理、区熔原理、区熔原理1正常凝固 将一资料锭条全部熔化后，使其从一端向另一端逐渐凝固 三点假设凝固速度大于固相中分散速度，可忽略杂质在固体中的分散。 杂质在固体中的分散速度比其凝固速度慢得多，相差7-9个量级，此假设能成立2. 熔体中的分散速度大于凝
6、固速度可以为杂质在熔体中的分布是均匀的。搅拌，可到达均匀3. 杂质分凝系数是常数。资料中的杂质量本来很少正常凝固过程中，Cs沿锭长的分布由于存在分凝景象，正常凝固后锭条中的杂质分布不再是均匀的，会出现三种情况：K1的杂质，杂质向尾部集中；K1的杂质，杂质向头部集中；K1的杂质，根本上坚持原有的均匀分布的方式式中 C0为全锭熔化时的杂质总量 g凝固长度正常凝固法的缺陷K小于1的杂质在锭尾， K大于1的杂质在锭头，多次提纯，每次头尾去除，呵斥资料的浪费且效率低。处理方法区熔提纯:它是把资料的一小部分熔化,并使熔区从锭条的一端移到另一端。2区熔提纯 利用分凝景象将物料部分熔化构成狭窄的熔区，并令其沿
7、锭长从一端缓慢地挪动到另一端，反复多次多次区熔使杂质被集中在尾部或头部，进而到达使中部资料被提纯。一次区熔后锭条中的杂质浓度Cs随间隔x变化的分布规律： 式中式中式中式中 熔区已走熔区已走熔区已走熔区已走过过过过的的的的间间间间隔隔隔隔 熔区熔区熔区熔区长长长长度度度度一次区熔提纯与正常凝固后的杂质浓度分布的比较图K0=0.01 一次区熔提纯与正常凝固的效果比较 单就一次提纯的效果而言，正常凝固的效果好 l越大，Cs越小, 即熔区越宽，一次区熔提纯的效果越好对于最后一个熔区 ,属于正常凝固,不服从一次区熔规律多次区熔与极限分布 一次区熔后,资料的纯度依然达不到半导体器件的纯度要求,所以要进展多
8、次区熔,使得各种杂质尽能够的赶到锭条的两头,使中间部分到达要求的程度？对于一个有限长度的锭，能否用区熔的方法无限提纯多次区熔的过程 在凝固界面，对于k1的杂质，由于分凝作用将部分被 排斥到熔区，并向后携带 在熔化界面，锭料的熔化带入新的杂质，并从熔化界面向凝固界面运动杂质倒流，其结果是使整个熔区杂质浓度添加 随着区熔次数的添加，尾部杂质越来越多，浓度梯度越来越陡，杂质倒流越严重极限分布 经过多次区熔提纯后,杂质分布形状到达一个相对稳定且不再改动的形状,这种极限形状叫极限分布,也叫最终分布。 Cs n1x= Csnx到达极限分布时杂质在锭中分布的关系式 CS(x)=AeBx K=Bl/(eBl-
9、1) A=C0BL/(eBL-1)CS(x):极限分布极限分布时时在在x处处固相中固相中杂质浓杂质浓度度K:分凝系数分凝系数, l:熔区熔区长长度度X:锭锭的任何位置的任何位置 C0:初始初始杂质浓杂质浓度度L:资资料料锭锭的的长长度度假假设设知道知道KB ACS(x)多次区熔规律: K越小头部杂质浓度越小,即Cs(x)越小 l越小Cs(x)越小K越小,l越小,区熔提纯效果越好!影响杂质浓度极限分布的主要要素是杂质的分凝系数和熔区长度3影响区熔提纯的因数熔区长度 一次区熔时：Cs=C01-(1-K)e-kx/ll 大,Cs小,提纯效果好l越大越好极限分布时(K一定)：l 大,B 小, A 大,
10、Cs(x)大, 提纯效果差 l越小越好运用：前几次用宽熔区，后几次用窄熔区。熔区的挪动速度BPS公式：公式：f越小，越小，keff越接近越接近k0，提，提纯纯效果好效果好, 区熔次数少区熔次数少, 但是但是过过低速低速度使得消度使得消费费效率低效率低 过过快的快的f使得提使得提纯纯效果差效果差, 区熔次数增多区熔次数增多f与区熔次数与区熔次数产产生矛盾生矛盾?如何如何处处理理 对策：用尽量少的区熔次数和尽量快的区熔速度来区熔,即使n/(f/D)最小 实践操作中的对策:实践区熔速度的操作规划是选f/D近似于1区熔次数的选择 利用右图 找到不同K值时锭首极限分布值,由CSn0=knC0计算出n 区熔次数的阅历公式n=(11.5)L/ ln: 区熔次数L: 锭长l: 熔区长度20 次左右为宜质量输运质量迁移 景象：一头增粗，一头变细 缘由：熔体与固体的密度不同 对策：在程度区熔时，将锭料倾斜一个角度，阅历阐明， 3-5度以重力作用消除输运效应。
