Направленной кристаллизации

Магнитоэлектрические генераторы получили широкое применение в качестве источников питания основных систем электроснабжения мощностью до 30 кВА, в автономных системах электроснабжения малой мощности повышенной частоты. Они оказались незаменимыми в установках с тяжелыми температурными режимами. Оценка предельной мощности показывает, что на базе применения ротора с биметаллическим цилиндром и призматическими магнитами с направленной кристаллизацией и 30

3) сплавы ЮНДК с направленной кристаллизацией;

Магниты с направленной кристаллизацией на базе сплавов ЮНДК обладают удельной энергией W=64 - 92 кДж/м3. Они могут выполняться лишь простейших геометрических форм - призм. Платинокобальтовые магниты имеют высокие значения удельной магнитной энергии Wmta=93,5 кДж/м3, но они чрезвычайно дороги и имеют большую удельную массу. Сплавы с применением редкоземельных элементов и кобальта обладают удельной энергией до 160 кДж/м3 и с успехом применяются в магнитоэлектрических машинах.

полюсных наконечников на магнитах обеспечить сложно, поэтому более рационально применение магнитных систем со сварным биметаллическим цилиндром ( 1.7,6, в, г). В этих системах полюсы магнитов выполнены в виде звездочки ( 1.7,6) или применены призматические магниты в индукторах обычного типа (1.7,в) или коллекторного типа (1.7,г), когда поток в зазоре создается двумя магнитами. На полюсы напрессовывается составной сварной биметаллический цилиндр 1 из магнитомягких полюсных наконечников 2 и межполюсных участков 3 из немагнитного материала. Применение призматических магнитов с направленной кристаллизацией и магнитов на базе редкоземельных элементов и кобальта позволяет создавать магнитоэлектрические генераторы мощностью до 165 кВА, и область применения таких генераторов постоянно расширяется.

Сплавы с направленной кристаллизацией, например ЮН13ДК25БА, и др., обладают наибольшей Wmax и, следовательно, могут обеспечить наименьшие массу и габариты магнитных систем.

Сплавы с монокристаллической структурой (ЮНДК35Т5АА и ЮНДК40Т8АА) по сравнению со сплавами с направленной кристаллизацией обладают следующими преимуществами: более высокими маг-

------------- горизонтальной направленной кристаллизацией 202—207

Повышение качества металла при ЭШП происходит в результате обработки металла химически активными шлаками и ускоренной (Направленной кристаллизацией

Магнитные сплавы не только с магнитной, но и с кристаллической текстурой имеют более высокие свойства. Кристаллическая текстура создается направленной кристаллизацией вдоль внешнего магнитного поля при термомагнитной обработке. Магнит в основном состоит из параллельных кристаллов столбчатой формы, расположенных в виде колоннады. Кристаллическая текстура создается вдоль направления легкого намагничивания, внутри столбчатого кристалла магнитная линия пересекает небольшое число границ между зернами. Кристаллическую текстуру получают либо использованием нагреваемых форм для литья, либо применением зонной переплавки; в том и другом случае нижняя часть формы или заготовки охлаждается при помощи холодильника, рост столбчатых кристаллов начинается от охлаждаемого основания магнита. По первому способу керамическую форму для отливки магнита ставят на холодильник и помещают в графитовый цилиндр, при помощи которого в индукционной печи форму нагревают до 1550° С. После заливки металла форму медленно охлаждают. По второму способу определенная зона в отливке, находящейся в керамической форме, нагревается высокочастотным индуктором; при его

Кривые размагничивания и магнитной энергии в воздушном вазоре нескольких сплавов приведены на 9-26. Бескобальто-вые сплавы (ЮНД) наиболее дешевые. Сплавы, содержащие кобальт (ЮНДК15 и ЮНДК18), применяют в тех случаях, когда требуются повышенные магнитные свойства и нужен изотропный магнитный материал. Сплавы с 24 % кобальта, обладающие высокими магнитными свойствами в направлении магнитной текстуры, используют при направленном магнитном потоке. Сплавы с направленной кристаллизацией, например ЮШЗДК25БА, ЮНДК35Т5БА, обладают наибольшим запасом магнитной энергии, а потому из них могут быть изготовлены малогабаритные магниты. При большом воздушном зазоре предпочтение следует отдавать сплавам с наибольшей коэрцитивной силой, например сплавам, содержащим титан,— ЮНДК40Т8 и др. Монокристаллические сплавы обладают высокой коэрцитивной силой, большой запасенной энергией (у сплава

В § 17 рассматриваются индукционные печи для плавки металла с направленной кристаллизацией отливок. В их числе печи для кристал--лизации по методу Бриджмена-Стокбергера. Рассматриваются также возможности ИПХТ-М с регулируемым индукционным обогревом слитка вблизи фронта кристаллизации, предложенным Л.Л. Тиром, П.М. Чайкиными Л.Е. Никольским [14].

Метод горизонтально направленной кристаллизации — метод Багдасарова ( 26) — заключается в следующем. В контейнер 4, имеющий форму лодочки, помещают исходное вещество — шихту 3 в виде порошка, кристаллического боя или керамических таблеток. Перемещая контейнер через зону нагрева, создаваемую нагревателем 5, шихту расплавляют и за-кристаллизовывают. Для получения строго ориентированных монокристаллов в вершину лодочки устанавливают затравку и наблюдают как за моментом затравления, так и за формой фронта кристаллизации в процессе выращивания монокристалла. Так как при этом методе высота расплава много меньше среднего радиуса его поверхности, возникают условия эффективного удаления неконтролируемых примесей испарением. Открытая поверхность расплава позволяет вводить активирующую примесь на любом этапе выращивания монокристалла.

Для методов первой группы характерна неоднородность распределения примесей по всей толщине слоя. Изменение концентрации примеси происходит в соответствии с основным уравнением направленной кристаллизации

основанный на получении полупроводникового соединения особой структуры. Основой для создания такого соединения может быть, например, антимонид индия, обладающий высокой подвижностью носителей. Если к этому материалу добавить 1,8% антимонида никеля, то после сплавления при температуре 700...800° С в атмосфере аргона или водорода и последующего выращивания синтезированного материала методом направленной кристаллизации антимонид никеля выкристаллизовывается в антимониде индия в виде игл диаметром около

§ 2. Распределение примеси в процессах направленной кристаллизации .............. 104

В ходе изложения материала автор старался по мере возможности не затрагивать физико-химических основ методов, используемых в технологии полупроводниковых материалов. Они достаточно полно изложены в специализированных учебниках и учебных пособиях1. Однако отдельные вопросы, касающиеся, например, распределения примеси в процессах направленной кристаллизации, получения равномерно легированных по длине кристаллов и другие, изложены автором на современном уровне. Используемые в технологических расчетах уравнения и формулы, приведенные в книге, иллюстрированы примерами.

Лучшие результаты дает очистка поликристаллического германия методом горизонтальной направленной кристаллизации, проводимой в отдельной печи. В нее помещают лодочку с германием после извлечения из печи водородно-

3.2. Вид сбоку многотрубных установок для кристаллизационной очистки германия методами горизонтальной направленной кристаллизации (а) и зонной плавки (б):

Достоинством метода синтеза сплавлением компонентов соединения являются простота аппаратурного оформления, высокая производительность и легкость совмещения операции синтеза с операциями выращивания монокристаллов из синтезируемого расплава методами направленной кристаллизации. Применение этого метода для синтеза разлагающихся полупроводниковых соединений требует в каждом отдельном случае подбора соответствующего флюса. Наиболее распространенным и практически единственным флюсом, применяемым в технологии полупроводниковых соединений, является оксид бора (III) В2Оз, размягчающийся при температурах около 600 °С. Поэтому синтез сплавлением исходных компонентов нашел применение пока только для получения арсенидов индия и галлия, летучий компонент которых (мышьяк) плавится при температуре свыше 800 °С.

Последовательность операций синтеза разлагающегося полупроводникового соединения следующая: 1) расплавление нелетучего компонента и нагрев его до температуры, несколько превышающей точку плавления синтезируемого соединения; 2) нагрев летучего компонента до температуры, обеспечивающей создание в объеме реактора давление его пара, несколько превышающего равновесное давление над расплавом стехиометрического состава; 3) выдержка расплава в течение времени, необходимого для поглощения стехиометрического количества летучего компонента; 4) кристаллизация расплава одним из методов направленной кристаллизации для получения поликристаллического слитка, повышения чистоты соединения или выращивания его монокристалла.

3.11. Схемы герметичных (а, б) к квазигерметичного (в) реакторов, используемых для синтеза разлагающихся полупроводниковых соединений, основанного на взаимодействии пара летучего компонента с расплавом нелетучего и совмещенного с выращиванием монокристалла методом горизонтальной направленной кристаллизации, и распределение температуры по длине реакторов (г): / — нагреватель конденсата летучего компонента 7; 2 — нагреватель лодочки 3 с расплавом нелетучего компонента; 4 — монокристаллическая затравка; 5 — ваку-умированная и запаянная кварцевая ампула (стрелкой показано направление ее движения); 6 —экран из пористого материала (например, кварцевая вата), предохраняющий конденсат летучего компонента от нагрева излучением от лодочки с расплавом; 8 — кварцевый сильфон; 9 — шток; 10 — тензодатчик; // —скоба, крепящая тензодатчик к кварцевой ампуле;

В качестве примера синтеза в герметичном реакторе может быть приведен процесс получения поли- или монокристаллического арсенида галлия. Его проводят в установке для горизонтальной направленной кристаллизации, схема которой приведена на 4.35. Современные установки такого типа позволяют получать слитки арсенида галлия массой в несколько килограммов. Синтезированный расплав подвергают направленной кристаллизации, существенно повышающей чистоту конечного продукта. Использование монокристаллической затравки позволяет закристаллизовать расплав в виде монокристалла.