Выращивание кристаллов из газовой фазы

Кристаллизация из газовой фазы имеет ряд преимуществ перед другими методами выращивания кристаллов. Это низкие тем­пературы и пересыщения, обеспечивающие высокое совершенство кристаллов, лег­кость управления составом, слабое воздей­ствие тигля на процесс кристаллизации. Однако путем кристаллизации из газовой фазы можно получить кристаллы очень ограниченных (до 10—15 мм) размеров. Существует ряд методов выращивания кристаллов из газовой фазы, которые можно разделить на две основные груп­пы — методы, основанные на конденсации (метод сублимации, молекулярного пучка), и химические методы (в том числе транспортные реакции). Кристаллиза­ция из собственного пара особенно удобна, для тех веществ, которые сразу переходят из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Выращивание по ме­тоду сублимации производят в проточных и закрытых системах как в вакууме, так и в атмосфере газа. Кристаллизацию часто ведут в запаянных кварцевых трубках. В од­ной части трубки помещают исходное вещество. Вначале обе части трубки на­греваются до одинаковой температуры с установлением соответствующего этой температуре давления насыщенного пара. Затем одну часть трубки охлаждают до температуры, при которой возникают зародыши кристаллов. Далее температуру опять несколько повышают, чтобы не воз­никли новые зародыши, и при постоян­ных условиях ведут рост на затравки. Сублимацию используют для выращивания кристаллов сульфата кадмия, окиси цинка, карбида кремния и других веществ.

При выращивании кристаллов методами химических реакций состав газовой фазы отличается от состава растущего кристалла. Для кристаллизации могут быть использованы реакции восстановления, термическо­го разложения, окисления и другие.

Важнейшим из химических методов кристаллизации из газовой фазы явля­ется метод химических транспортных реак­ций, который получил наиболее широкое применение для выращивания интерметаллических соединений. Сущность метода химического переноса состоит в том, что твердое или жидкое вещество, взаимо­действуя по обратимой реакции с газооб­разным веществом-транспортером, обра­зует только газообразные продукты, кото­рые после переноса в другую часть систе­мы при изменении условий равновесия разлагаются с выделением кристалличе­ского вещества. В качестве транспортирую­щего агента используются легколетучие га­логены НСI, НI. При оценке тран­спортных свойств реакции решающее зна­чение имеет разность парциальных дав­лений над первичной и вторичной фазами транспортируемого вещества, она должна иметь достаточно большую величину.

Химический перенос может осуществ­ляться в закрытых системах посредством конвекции и диффузии или же в потоке. Открытая система с вынужденным гидро­динамическим режимом более эффектив­на. Здесь, при оптимальной скорости по­тока процесс переноса уже не является лимитирующей стадией процесса роста. [2,4]