A kristálynövesztő kemencéket kiváló minőségű, egyenletes tulajdonságokkal és alacsony hibasűrűséggel rendelkező egykristályok növesztésére használják. A Carbolite a Bridgman-Stockbarger-módszerrel történő kristályok növesztésére szolgáló kemencékre és berendezésekre specializálódott.
A kristályos anyagok létfontosságú szerepet játszanak a tudományban és az iparban, és vezető szerepet játszanak a modern anyagok kifejlesztésében olyan alkalmazásokban, mint a félvezetők, az optika és az elektronika. A kristályszerkezet az atomok, ionok és molekulák periodikus elrendeződésének eredménye, amelyek hozzájárulnak a kristály makroszkopikus tulajdonságaihoz.
A kristálynövekedés megértésével a kristályok mesterséges szintézisének technikáit használhatjuk fel. A kemencék felhasználhatók és módosíthatók a kristályok alakjának és orientációjának szabályozására, ami lehetővé teszi a kristálytulajdonságok testre szabását az adott alkalmazásokhoz.
Bridgman kristály növesztése Background information
Kristálynövesztési folyamat a Bridgman-Stockbarger-módszerrel.
Bridgman-féle kristálynövesztő csőkemencék
BV-HTRV 40-500/18: Bridgman kristálynövesztő kemence 500 mm hosszúságú, 1800 °C-ig fűtött kemencével. A húzóberendezés a kemence fölé van szerelve.
BV-HTRV 70-250/18: Bridgman kristálynövesztő kemence 250 mm hosszúságú, 1800 °C-ig fűtött kemencével. A rendszer elővákuumszivattyúval van felszerelve.
A függőleges Bridgman-kemencét (pl. BV-HTRV 40-500/18) úgy tervezték, hogy alulra egy egyzónás, magas hőmérsékletű csőkemencét, felülre pedig a húzóberendezést szerelték. Az alapkeret szinte minden csőkemencénkkel használható, így sokféle hosszúság, átmérő és hőmérséklet áll rendelkezésre. Többzónás Bridgman-kemencék is kaphatók, amelyek lehetővé teszik a hőmérsékletprofil jobb befolyásolását.
A fordított konstrukció is lehetséges. Ebben az esetben a függőleges Bridgman-kemencét (pl. BV-HTRV 70-250/18) úgy tervezik, hogy a tetején egy egyzónás csőkemencét, alatta pedig a húzóberendezést szerelik fel. A cső vákuumzáró karimákkal és a húzáshoz vízhűtéses tengellyel van ellátva. Minden mozgást potenciométerrel vezérelünk. A programozó vezérlő határozza meg a húzási sebességet, és gyors mozgás lehetséges.
Bridgman-módszeres kristálynövesztő hidegfalú kemencék
KZA-V 40-400/16-1G: Bridgman kristálynövesztő kemence 400 mm hosszúságú, 1600 °C-ig fűtött, háromzónás grafitfűtővel vákuumhoz és védőgázzal működő, teljesen automatizált vezérléssel és adatnaplózással.
Speciális Bridgman kemence 2200°C-ig: A mintát lassan kihúzzák a forró területről egy InGa-fürdőbe. Az InGa folyékony fém, alacsony gőznyomással. Ezzel a rendszerrel a lehető legnagyobb hőmérsékleti gradiensek érhetők el.
KZA-V 25-500/20: Bridgman kristálynövesztő kemence 500 mm hosszúságú, 2000 °C-ig fűtött kemencével. 4 zónás grafitfűtő vákuum- és védőgázos üzemhez, teljesen automatikus vezérléssel és adatnaplózással.
A 2200 °C-ig terjedő hőmérsékletre alkalmas modern vákuumberendezések grafit- vagy volfrámkemencékbe építhetők be. Az ilyen típusú Bridgman-kemencéket magas vákuumkörnyezetben történő kristálynövesztésre tervezték, turbómolekuláris szivattyú használatával. 10-6-os vákuumszintek is lehetségesek. A kemence három fűtési zónával van konfigurálva. A kemence tájolása lehet vízszintes, függőleges vagy 0-90° közötti meghatározott szögben. A lehető legnagyobb hőmérsékleti gradiensek érdekében InGa fürdőt alkalmaznak.
Stockbarger módszerrel működő kristálynövesztő kemence
KZA-ST 400-400/16: Stockbarger kristálynövesztő kemence 400 mm átmérőjű és 400 mm fűtött hosszúságú hasznos térfogattal, 1600 °C maximális hőmérsékletig.
Kristálynövesztő rendszer a Stockbarger-módszerhez. Ötzónás, grafitból készült kemence, amelynek lehűlési sebessége pontosan szabályozható a kristályok növesztéséhez.
Kristálynövesztő kemence tartozékok
A Carbolite a kristálynövesztéshez szükséges kemencék és berendezések gyártására specializálódott. A vállalat alapítói, Roland Geiger és Dr. Gerd Lamprecht a stuttgarti Max-Planck Szilárdtestkutató Intézet kristálynövesztő laboratóriumában kezdték pályafutásukat. A kristálynövesztő berendezések és tartozékok széles választéka szállítható.
Background information Bridgman-Stockbarger módszer
A kristályok növesztésének széleskörű alkalmazási területére példa a kadmium-tellurid (CdTe) egykristályok előállítása a Bridgman-Stockbarger-módszerrel. A kadmium-tellurid egy félvezető anyag, amelyet P-N-összeköttetések létrehozására használnak olyan alkalmazásokban, mint a sugárzásérzékelők, érzékelők és a fotovoltaika. A gyakorlatban a PN-összeköttetéseket adalékolással alakítják ki az egykristályon belül. Az egykristályos P-N átmenetek nagyobb hatásfokkal rendelkeznek, mint polikristályos és amorf társaik. Az egykristályokban kevesebb hiba és szennyeződés található, ami kisebb ellenállást okoz az elektronáramlással szemben. A hibák és szabálytalanságok megzavarják az atomok elrendeződését a kristályban, ezáltal megváltoztatják a töltéshordozók számát és mozgékonyságát.
Alkalmazás: Bridgman kemence, amelyet fotovoltaikus cellákhoz használt kristályok növesztésére használnak.
A Bridgman-Stockbarger módszer a kristálynövesztő kemencékben a legelterjedtebb és legszélesebb körben alkalmazott módszer. Az eljárás során a polikristályos olvadékot tégelyben vagy ampullában lassan mozgatják a kemencében egy stabil hőmérsékleti gradiensben a meleg zónából a hideg zónába. Az olvadékot tartalmazó tégelyt átmozgatás közben forgatják, hogy homogén hőmérsékleti profilt hozzanak létre. A technika alapelve az irányított megszilárduláson alapul. Az egykristályos magot érintkezésbe hozzák az olvadékkal, hogy biztosítsák az egykristályos növekedés irányítását egy bizonyos kristályrajzi orientáció mentén. Ez következésképpen a növekedéshez egy határfelületet is biztosít. Ahogy a hőmérséklet a forró zónától csökken, a polikristályos olvadék megszilárdul. A mag elindítja a folyamatot, amíg a teljes olvadék egy egységes összetételű, szilárd egykristályos ingot nem alkot. A kristályokat lassú és irányított hűtési környezetben növesztik, ami minimálisra csökkenti a szerkezeten belüli hibák kialakulásának valószínűségét. Ebben a módszerben egy gradiens fagyasztási módosítás is alkalmazható többzónás kemence használatával. Ehhez nem szükséges a tégely vagy a kemence mozgatása. Ehelyett a hőmérsékletgradiens a hőellátás változtatásával szabályozható, így az olvadék-kristály határfelület megmarad. Az olyan kulcsfontosságú paraméterek, mint a húzási sebesség és a forgási sebesség szabványos 0,03-50 mm/h, illetve 1-5 fordulat/perc. A kijelző a tégely/ampulla abszolút helyzetét mutatja a kemence hosszában, a kiindulási ponthoz képest. A Bridgman-kemencében a hőgradiens szabályozható, mivel ez alapvető szerepet játszik a nagymértékben kristályos és homogén egykristályok előállításában. A módszer megvalósítható függőlegesen vagy vízszintesen konfigurált Bridgman-kemencében, az elvégzendő folyamattól és a növesztett kristályok típusától függően. Az olvadéknövesztő kristályosítási technika végezhető vákuumban, semleges (nitrogén, hélium, argon stb.) vagy oxidáló környezetben (levegő, oxigén).
Előnyök
- Kiváló minőségű és nagyméretű egykristályokat állít elő.
- Különböző kristályokat, például ferroelektromos, piezoelektromos, optikai és félvezető kristályokat termeszt.
- A kristályok alakja és orientációja módosítható olyan paraméterek változtatásával, mint a növekedési sebesség, a forgási sebesség, a hőmérsékleti gradiens és a tégely alakja.
Hátrányok
- Ez a módszer nem alkalmazható hidratált és vízmentes sók és a legtöbb szerves kristály növesztésére.
- Nagy kihívást jelent a kemencén belüli egyenletes hőmérséklet-eloszlás ellenőrzése és biztosítása.
- Nagy kihívást jelent a rendszer mechanikai stabilitásának biztosítása a húzómechanizmus zökkenőmentes működése mellett.
- Ez a módszer időigényes és költséges, mivel napokig vagy hetekig is eltarthat egyetlen kristály növesztése.
- A kristályok növesztéséhez speciális berendezésekre és képzett személyzetre van szükség.
A kristályszerkezet elemzése
A kristályok hét különböző kristályrendszerbe sorolhatók. Minden kristályrendszer az atomok szabályos elrendezéséből áll. A röntgendiffrakció segítségével meghatározható a kristály szerkezete. A technika alapelve a Braggs-törvényből ered, amely a röntgensugarak és a kristályszerkezet kölcsönhatását írja le.
Forduljon hozzánk ingyenes konzultációért!
A Carbolite termékek és szolgáltatások leányvállalatok és teljes körűen képzett forgalmazók globális hálózatán keresztül érhetők el. Munkatársaink szívesen segítenek bármilyen kérdésben.
Lépjen kapcsolatba velünk egy ingyenes konzultációért, és beszéljen egy termékszakértővel, hogy megtalálja az Ön alkalmazási igényeinek legmegfelelőbb megoldást!
