区熔法的应用
悬浮区域熔炼法 区域熔炼法
悬浮区域熔炼法区域熔炼法
区域熔炼法,又称悬浮区域熔炼法,是一种常用于冶炼金属的工艺方法。该方法通过在熔炉内形成一个悬浮的熔池区域,使金属在高温条件下熔化并分离出杂质,从而得到纯净的金属产品。
区域熔炼法的工艺流程通常包括以下几个步骤:预处理、熔炼、分离和提纯。首先,原料经过预处理,如破碎、磨粉等,以便提高熔炼效果。然后将预处理后的原料投入到熔炉中,加热至金属熔点以上,形成一个悬浮的熔池区域。在高温下,金属会熔化并与杂质分离,形成上下两层,上层为纯净的金属,下层为杂质和非金属物质。接下来,通过不同的分离方法,如离心分离、电磁分离等,将上下两层分离。最后,对上层纯净的金属进行进一步的提纯处理,以获得所需的最终产品。
区域熔炼法具有以下几个优点。首先,该方法适用于多种金属的熔炼,包括铁、铜、铝等。其次,由于金属与杂质在高温下分离,因此可以获得高纯度的金属产品。再次,该方法对原料的适应性较强,可以处理各种形式的原料,如固体、粉末、液体等。此外,区域熔炼法的反应速度较快,可大大提高生产效率。
然而,区域熔炼法也存在一些不足之处。首先,由于熔炉内温度较高,操作环境恶劣,对设备要求较高,投资成本较大。其次,由于杂质和非金属物质会沉积在熔池底部,需要定期清理,增加了维护
成本和工作量。再次,区域熔炼法对原料的粒度要求较高,不同粒度的原料会影响熔炼效果。
在实际应用中,区域熔炼法被广泛应用于金属冶炼领域。例如,在炼铁过程中,可以使用区域熔炼法将矿石中的铁与杂质分离,得到纯净的铁。在铜冶炼中,区域熔炼法可以将含铜的矿石熔炼成纯铜。此外,该方法还可以用于废旧金属的回收利用,将废旧金属熔炼成再生金属,实现资源的循环利用。
区域熔炼法
区域熔炼法
1.原理
据科学家蒲凡等研究,晶体在进行区域熔炼生长过程中,物质的输运驱动力来自于一种物质固相和液相之间的密度差。若液相密度大于固相的密度差(熔化时体积收缩),物质则向熔区方向输运;否则,物质向相反方向输运,因此,区域熔炼技术可以控制或重新分配原料中的可溶性杂质或相。利用一个或数个熔区在同一方向上重复通过原料烧结以除去有害杂质,也可利用区域致匀过程(熔区在正、反两个方向上反复通过)有效地消除分凝效应,将所期望的杂质均匀地掺入到晶体中去,并可在一定程度上控制和消除位错、包裹体之类的结构缺陷。
2.工艺
区域熔炼法分两种:一种是有容器的区域熔炼(图2-7),另一种是无容器的区域熔炼。宝石晶体的生长,多采用无坩埚区域熔炼法,亦叫浮区法(FZM)。
浮区法工艺过程为:把晶体材料先烧结或压制成棒状,然后用两个卡盘固定好。将烧结棒垂直的投入保温管内,旋转并下降(或移动加速器),使棒料熔化。熔融区处于漂浮状态,仅靠表面张力支撑而不使液体下坠,由此可获得纯化或重结晶的单晶。
目前感应加热方式在浮区法合成宝石晶体中应用最多,它既可在真空中应用,也可在任何惰性氧化或还原气氛中进行。
熔区移动可采用两种方式,一是原料烧结棒不动,加热器移动;二是加热器不动,原料烧结棒移动。
熔区温度的实际分布往往取决于功率和热源的特性,散热装置,烧结棒的热导率和液相中溶质的含量等。总的要求是,熔区内的温度应大于原料熔化温度,
熔区以外温度则应小于原料熔化温度。
3.特点
(1)晶体无坩埚杂质污染;
(2)晶体质量好,很少有包裹体和生长纹;
区融法和直拉法
区融法和直拉法
1. 引言
区融法(Zone Refining)和直拉法(Czochralski Method)是两种常见的半导体单晶生长技术。它们在电子器件制造、光电子学和材料科学领域有着广泛的应用。本文将详细介绍区融法和直拉法的原理、过程和应用,并对它们进行比较分析。
2. 区融法
2.1 原理
区融法是一种通过融化和凝固的循环过程来提纯半导体材料的方法。它利用了不同杂质在固态和液态之间的分配系数不同的特性,通过多次融化和凝固来逐渐提高材料的纯度。
2.2 过程
区融法的过程可以分为以下几个步骤:
1.准备:选择合适的原料和熔炼设备,准备好熔炼炉和保护气氛。
2.融化:将原料放入熔炼炉中,加热至足够高的温度使其融化。同时,通过控
制炉内的保护气氛来减少杂质的污染。
3.融化区移动:在融化的过程中,通过炉内的温度梯度和材料的扩散作用,将
杂质逐渐从一端移动到另一端。这样,在融化区移动的过程中,材料的纯度逐渐提高。
4.凝固:当融化区移动到材料的一端时,降低炉温,使其凝固。凝固后的材料
纯度更高,而融化区则继续向前移动。
5.重复:重复进行融化和凝固的过程,直到达到所需的纯度。
2.3 应用
区融法主要应用于半导体材料的提纯和生长。它可以用于制备高纯度的硅单晶和其他半导体材料,用于制造各种电子器件,如晶体管、集成电路等。此外,区融法还可以用于生长光学单晶,如钛酸锶钡(SrTiO3)等。
3. 直拉法
3.1 原理
直拉法是一种通过在熔融池中拉制晶体来生长单晶的方法。它利用了材料在液态和固态之间的相变特性,通过控制拉取速度和温度梯度来实现晶体的生长。
区域熔炼的理论分析及实际应用
区域熔炼的理论分析及实际应用
近年来,随着科技的发展,区域熔炼技术得到了持续的完善和发展,并逐步用于实际工业应用中。区域熔炼技术是一种新型焊接技术,它通过聚焦激光源来熔化金属表面,从而实现熔炼焊接。区域熔炼技术具有良好的焊接特性,其中包括高精度的熔深度控制、紧凑的焊缝性能、易焊材料、高焊接速度等特点。
区域熔炼技术是一种特殊的熔焊技术,该技术要求严格控制参数。激光作用下,产生的高热能熔融焊接面,使得焊接质量受到极大的影响。因此,对区域熔炼技术进行理论分析和合理设计是实际应用该技术时非常重要的。
首先,要分析区域熔炼技术的热过程,也就是焊接前后金属的温度分布。焊接前后的温度分布情况,将直接影响焊接的质量,影响焊接的性能。需要综合考虑激光束的质量和能量、焊接熔深度、坩埚形状以及焊接速度等参数,以便在焊接过程中获得最佳的焊接熔深度和焊接质量。
其次,要分析区域熔炼技术的拉伸强度,即金属表面熔化前后的强度变化情况。在熔化焊接过程中,由于有熔深度和焊缝宽度这两个参数,使得材料的拉伸强度发生变化,这种变化也会直接影响焊接性能。
最后,要分析区域熔炼技术的弹性模量。弹性模量是焊接后材料的强度,也是材料的刚度和变形行为的测试参数。这是一个极为复杂的理论分析,必须根据材料表面的熔深度、焊缝宽度和焊接速度等参
数来分析,从而得出最终的结论。
区域熔炼技术在实际工业应用中也受到了非常多的关注。在航空、船舶、电力、汽车等领域,它都有着丰富的应用场景。例如,它在航空航天领域被广泛用于飞机机舱和发动机的结构构件。它也可以用于船舶的钢船结构,例如船舱、船底板等,以及用于汽车的发动机缸盖、火花塞和进气门等结构构件,也可以用于电力行业的压力容器和锅炉等高耐热件装配及焊接。
区域熔化法的原理和方法
区域熔化法的原理和方法
区域熔化法(Zone Melting)是一种用于纯化材料的方法,其原理是利用材料在固相和液相之间的分配系数差异,通过反复熔化和凝固来逐渐纯化材料。
区域熔化法的方法包括以下几个步骤:
1. 准备材料:将待纯化的材料制备成长条状或圆柱状,并确定其初始纯度和杂质分布情况。
2. 建立电炉:根据材料的熔点和熔化温度范围,搭建一个恒温电炉,保证材料能够在适当的温度下熔化。
3. 设定熔化-凝固区域:在材料的一个区域内,升高温度使其熔化,然后控制温度降低使其凝固。这个区域被称为“熔化-凝固区域”。
4. 移动熔化-凝固界面:通过调整电炉温度梯度,使熔化-凝固界面在材料中移动。杂质通常会集中在此界面,当界面移动时,杂质被排除在新凝固的晶体中。
5. 反复重复:重复第3步和第4步,逐渐将杂质排除到材料的一侧,从而将材料分离成纯净的部分和富含杂质的部分。
区域熔化法的关键原理是材料的分配系数,即材料在固相和液相之间的分配情况。
通常情况下,杂质在液相中的溶解度较高,而在固相中的溶解度较低。因此,当材料从液相凝固时,杂质会被排除到凝固的固相中,从而实现纯化的目的。
区域熔化法被广泛应用于半导体材料、金属合金和无机化合物等领域,可用于提高材料纯度、改善材料的结晶质量和控制杂质分布。
悬浮区域熔炼法 区域熔炼法
悬浮区域熔炼法区域熔炼法
区域熔炼法是一种常用的冶金炼金工艺,也是一种重要的金属提取方法。它通过在悬浮区域内进行熔炼操作,将金属从矿石中提取出来,从而实现金属资源的有效利用。
悬浮区域熔炼法是一种将金属从矿石中提取的方法。它的原理是利用矿石中金属矿物的物理和化学性质的差异,通过加热熔融的方式,将金属从矿石中分离出来。
在悬浮区域熔炼法中,首先需要将矿石破碎成适当的粒度,并进行预处理。预处理的目的是去除矿石中的杂质和非金属矿物,以提高金属的纯度和回收率。常用的预处理方法包括矿石破碎、磁选、浮选等。
在熔炼过程中,需要将经过预处理的矿石与熔剂一起放入冶炼设备中,加热至一定温度。熔剂的选择要根据矿石中金属的性质和熔点来确定,常用的熔剂有氧化铅、氧化铜等。熔剂的作用是将金属从矿石中分离出来,并提高金属的纯度。
在悬浮区域熔炼法中,矿石和熔剂在冶炼设备中形成一种悬浮状态,这样可以有效地将金属从矿石中分离出来。在悬浮的过程中,金属会因为自身的密度和重力的作用而下沉,而非金属矿物则会浮在悬浮区域的表面。
通过调整熔炼的温度和时间,可以控制金属的分离和回收效果。一般情况下,金属的熔点较高,而非金属矿物的熔点较低,因此在熔炼过程中,金属会先熔化并下沉,而非金属矿物则会保持在悬浮区域的表面。
在熔炼结束后,需要对悬浮区域进行分离和处理。一般情况下,金属会通过重力沉降到底部,而非金属矿物则会浮在悬浮区域的表面。通过合理的分离设备和方法,可以将金属和非金属矿物分离开来,从而实现金属的回收和利用。
悬浮区域熔炼法具有操作简便、生产效率高、资源利用率高等优点。它可以有效地提取金属资源,并减少对自然环境的影响。因此,悬浮区域熔炼法在冶金、矿业等领域得到了广泛应用。
区域熔炼原理
区域熔炼原理
区域熔炼是一种重要的金属材料加工方法,通过在局部区域升高温度,使金属
材料部分熔化,从而实现对金属材料的改性和加工。区域熔炼原理是基于金属材料的熔点和热传导性质,利用热源对金属材料局部区域进行加热,使其达到熔化温度,并在一定条件下对熔化区域进行控制和加工。
首先,区域熔炼原理基于金属材料的熔点特性。金属材料的熔点是指在一定压
力下,金属材料由固态转变为液态的温度。不同金属材料的熔点各不相同,对于同一种金属材料来说,其熔点也是一个固定的数值。通过对金属材料局部区域的加热,可以使其达到熔点以上的温度,从而实现局部区域的熔化。
其次,区域熔炼原理还基于金属材料的热传导性质。金属材料具有很好的热传
导性,即热量在金属材料内部能够快速传播。利用金属材料的热传导性,可以通过外部热源对金属材料局部区域进行加热,使热量迅速传导到整个材料内部,从而实现对局部区域的熔化。
在实际应用中,区域熔炼原理可以通过多种方式实现。常见的方法包括激光熔化、电子束熔化、电弧熔化等。这些方法都是通过对金属材料局部区域施加高能热源,使其达到熔点以上的温度,从而实现局部区域的熔化和加工。在熔化过程中,可以通过控制热源的能量和加工条件,对熔化区域的温度、形状和结构进行精确控制,实现对金属材料的定向加工和改性。
区域熔炼原理在金属材料加工领域具有重要的应用价值。通过区域熔炼,可以
实现对金属材料局部区域的精确加工和改性,提高材料的性能和加工精度。同时,区域熔炼还可以实现对金属材料的局部修复和再制造,延长材料的使用寿命,减少资源浪费。因此,区域熔炼原理在航空航天、汽车制造、电子器件等领域具有广泛的应用前景。
区域熔炼原理
区域熔炼原理
区域熔炼是一种重要的金属材料加工方法,它通过局部加热金
属材料,使其达到熔点并在熔化状态下进行加工。区域熔炼原理是
基于热力学和物理学的基本原理,下面将详细介绍区域熔炼的原理
及其应用。
首先,区域熔炼的原理基于热传导和热平衡的基本规律。当金
属材料受到局部加热时,热量会向周围传导,使得局部区域的温度
升高。当温度达到金属材料的熔点时,金属材料就会开始熔化。在
熔化状态下,金属材料的性质发生了变化,变得更加易于加工和塑
性变形。
其次,区域熔炼的原理还涉及到热力学的基本原理。根据热力
学第一定律,能量守恒的原理,局部加热金属材料时,所施加的热
量会被转化为金属材料内部的热能,使得其温度升高。而根据热力
学第二定律,热量会自高温区传导到低温区,直到达到热平衡。因此,区域熔炼的原理是基于热量传导和热平衡的基本规律来实现的。
最后,区域熔炼原理的应用非常广泛。在金属材料加工领域,
区域熔炼被广泛应用于焊接、热处理、表面改性等工艺中。通过局
部加热金属材料,可以实现对焊接接头的精确控制,提高焊接质量
和效率;通过局部加热金属材料,可以实现对金属材料的局部调质、淬火等热处理工艺;通过局部加热金属材料,可以实现对金属材料
表面的改性,提高其硬度、耐磨性等性能。
总之,区域熔炼原理是基于热传导、热平衡和热力学的基本原
理来实现的,它在金属材料加工领域有着重要的应用价值。通过对
区域熔炼原理的深入理解,可以更好地指导实际工程中的加工操作,提高金属材料加工的质量和效率。
区熔法生长单晶
区熔法生长单晶
区熔法生长单晶是一种常用的单晶生长方法,主要应用于半导体材料与光电器件的生产制造中。下面对区熔法生长单晶的过程和特点进行介绍。
一、准备工作
在进行区熔法生长单晶之前,需要对材料进行加工和精细处理。通常情况下,采用高纯度材料,同时需要对原料进行化学反应或物理淀积。材料加工完毕后,需要进行预热处理,以消除内部应力并使晶体材料达到最佳结晶状态。
二、区熔炉的搭建
区熔炉是进行区熔法生长单晶不可缺少的设备,通常由两个石英坩埚组成,内部放置材料。其中一个坩埚内加热电流,达到融化材料的目的,另一个坩埚则保持常温,起到控制融化区域的作用。此外,区熔炉内置有温度计和电子控制器,用于确保温度稳定并控制材料的融化过程。
三、区熔法生长单晶的过程
1. 慢速降温: 将石英坩埚内的材料加热至高温状态,然后慢慢降温,达到凝固晶体熔体的状态。这时可以看到石英坩埚中部的熔体区域,其形态呈现出“臭皮囊”状。
2. 发生反应: 当熔体区域达到臭皮囊状时,需要注入气体以促进组分反应。在坩埚中注入氧气,并使用抽真空的方法,将熔体区域和固体材料区域之间形成巨大的温度梯度,促使进行物种转移的发生反应。同时通过恒定的气流混合,确保反应的可靠性和稳定性。
3. 单晶生长: 当反应条件得到满足后,即可开始进行单晶生长,此时将上一个坩埚中的熔体区域向下移动,使其覆盖到下一个坩埚中的固体材料上面,并保持温度恒定,促进单晶的纯度和长大。如此重复进行,在相应的时间内制作出所需要的单晶。
四、区熔法生长单晶的特点
1. 单晶品质高:区熔法生长单晶方法可以获得高品质的单晶体,具有优良的物理性质和化学性质,具有良好的应用前景。
区融法和直拉法
区融法和直拉法
一、区融法的概念和原理
1.1 什么是区融法
区融法(Zone Melting)是一种用于纯化材料的方法,也被称为悬移晶体生长法。它通过在材料中形成可移动的熔区,将杂质分离出去,从而提高材料的纯度和晶体质量。
1.2 区融法的原理
区融法的原理基于材料的熔点和溶解度的差异。通过加热材料,使其部分熔化形成熔区,然后将熔区移动,从而将杂质分离出去。在熔区移动的过程中,杂质会被推向熔区的边缘,从而提高了材料的纯度。
二、区融法的应用
2.1 区融法在半导体制备中的应用
区融法在半导体制备中起着重要作用。通过区融法可以提高半导体材料的纯度,减少杂质的含量,从而提高半导体器件的性能。例如,区融法可以用于制备高纯度的硅材料,用于制造高性能的集成电路。
2.2 区融法在金属制备中的应用
区融法也可以用于金属的制备。通过区融法可以提高金属的纯度,并且可以控制金属的组分分布。例如,区融法可以用于制备高纯度的铜材料,用于制造高性能的导线。
三、直拉法的概念和原理
3.1 什么是直拉法
直拉法(Czochralski method)是一种用于生长单晶的方法。它通过在熔融的材料中插入晶体种子,然后缓慢提拉晶体种子,使材料凝固形成单晶。直拉法是一种常用的单晶生长方法,广泛应用于半导体和光电子领域。
3.2 直拉法的原理
直拉法的原理基于材料的熔点和晶体的生长方向。通过在熔融材料中引入晶体种子,然后缓慢提拉晶体种子,使材料凝固形成单晶。在提拉的过程中,晶体的生长方向会沿着提拉的方向延伸,从而形成单晶。
四、直拉法的应用
4.1 直拉法在半导体制备中的应用
区域熔融法 -回复
区域熔融法-回复
什么是区域熔融法以及它的原理和应用领域、工作步骤和相关技术、优点和局限性。
区域熔融法(Regional Melting Method)是一种通过集成多个传感器和控制器,对材料进行区域性加热和熔融的工艺方法。它可以应用于各种领域,如材料加工、金属冶炼、熔化结晶、高温合金制备等。
区域熔融法的原理是基于局部加热和熔融的概念。当材料需要被熔化的时候,通过加热器(如激光器、电磁感应器、火焰燃烧器等)在特定的区域进行加热。这种局部加热的方式可以显著降低能量消耗,提高加工效率。
在区域熔融法中,工作步骤主要包括:预处理、传感器安装、加热和监控、控制系统优化和精调。首先,需要对加工材料进行预处理,如去除杂质、调整化学成分等。然后,在材料表面或内部安装传感器,用于监测加热过程的温度、压力和化学变化。接下来,使用加热器对材料进行加热,并通过控制器对加热过程进行实时控制和监控。最后,通过优化控制系统和调整相关参数,以达到预期的加热和熔融效果。
区域熔融法具有许多优点。首先,它可以实现局部加热和熔融,避免了对整个材料进行加热的能量浪费。其次,该方法具有精确控制加热温度和加热时间的能力,可以实现更高的加工质量和效率。此外,通过使用多个传
感器和控制器,可以实现多种材料的加工和熔融,具有很高的灵活性和适应性。
然而,区域熔融法也存在一些局限性。首先,该方法的设备成本较高,需要多个传感器和控制器的集成。其次,针对不同材料的加工需要进行个性化的设定和调整,从而增加了技术难度和操作复杂性。此外,由于该方法需要使用高温和高能量的加热器,可能会导致材料的变形、损伤或剩余应力,从而影响加工质量。
熔点法用途
熔点法用途
熔点法是一种常用的实验技术,用于确定物质的熔点。它是通过加热物质并观察其熔化过程来测定物质的熔点。熔点法广泛应用于化学、材料科学和制药等领域,具有很高的实用价值和重要意义。
首先,熔点法在化学实验中被广泛应用。在化学实验室中,确定化合物的熔点是非常重要的,因为熔点是一个重要的物理性质,可以用来鉴定和确认物质的纯度。通过测定熔点,可以判断化合物的纯度和结晶状况,从而评估化合物的质量和纯度。这对于合成新化合物或者研究带有特定熔点的化合物来说非常重要,因为它们的物理性质可能会影响其在实际应用中的性能。
其次,熔点法在材料科学领域也有着重要的应用。材料科学是一个广泛的领域,涉及金属、陶瓷、高分子材料等各种类型的材料。在材料科学研究中,确定材料的熔点是非常关键的,因为熔点可以反映材料的热稳定性和热处理性能。通过测定材料的熔点,可以评估材料的热稳定性和热处理工艺的适用性,为材料的设计和应用提供重要的参考。
此外,熔点法在制药工业中也有着重要的用途。在药物研发和生产过程中,确定药物的熔点是非常关键的,因为熔点可以反映药物的纯度和结晶形态。通过测定药物的熔点,可以评估药物的纯度和结晶状况,从而保证药物的质量和稳定性。此外,熔点还可以用来鉴定药物的身份,确保其符合相关的质量标准和法规要求。
总的来说,熔点法是一种非常重要的实验技术,具有广泛的应用价值和重要的意义。它不仅可以用来确定化合物、材料和药物的熔点,还可以用来评估它们的纯度、结晶状况和热稳定性。因此,熔点法在化学、材料科学和制药等领域都有着重要的应用,对于研究和生产都具有不可替代的价值。
区域熔炼的原理及应用
区域熔炼的原理及应用
1. 概述
区域熔炼(Zone Melting)是一种重要的材料制备方法,通过局部加热和液相
迁移来改变材料的组成和纯度。该方法可以去除杂质,提高材料的纯度和均匀性,广泛应用于半导体、光学材料、合金等领域。本文将介绍区域熔炼的原理及其应用。
2. 区域熔炼的原理
区域熔炼原理基于物质的分配系数,利用熔点差异来实现物质的分离与纯化。
当两种具有不同熔点的材料组成固溶体时,通过加热和控制温度梯度,使得一个区域处于液相,而其他区域保持固相。在温度梯度的作用下,液体区域发生移动,带走杂质,并在材料中留下高纯度区域。
3. 区域熔炼的步骤
区域熔炼通常包括以下步骤:
3.1 制备材料
首先,需要将原始材料制备成合适的形状和尺寸。例如,在半导体领域中,通
常使用柱状单晶作为原始材料。
3.2 设定温度梯度
通过设定合适的加热温度和控制温度梯度,可以实现材料中液相的形成和移动。温度梯度的控制对区域熔炼的成功非常重要。
3.3 加热材料
在设定好的温度梯度下,需要对材料进行加热。加热的目的是使材料中的某一
区域达到熔点,形成液相区域。
3.4 液相的移动
一旦出现液相,液体区域会受到温度梯度的作用逐渐移动。在移动的过程中,
液体会带走杂质并留下高纯度区域。
3.5 冷却与凝固
移动的液体区域最终会到达材料的一端,然后在冷却的过程中逐渐凝固。凝固
后的区域将呈现高纯度特性。
4. 区域熔炼的应用
区域熔炼具有广泛的应用前景,以下是一些常见的应用领域:
4.1 半导体材料
区域熔炼可以用于制备高纯度的半导体材料,提高材料的电性能和稳定性。例如,在硅晶体的生长过程中,通过区域熔炼可以去除杂质,提高硅晶体的纯度。
区域熔炼技术
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区域熔炼的影响因素
熔区间距(两熔区之间固体长度)i的选择是根据实际 经验确定的。当沿着锭条同时通过几个熔区,则保 持最小的熔区间距,在经济上是最合算的。各熔区 之间的实际距离,对于以后的杂质分布并无影响, 只需大到能在两相邻的熔区之间起一个分隔物的作 用就可以。一般i是一个熔区长度的大小,对于热 导率好的材料可以长些。
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区域熔炼的设备
坩埚和容器材料的选择,在很大程度上由纯化材料 的熔点来决定,但是必须把热导率、多孔性和热膨 胀等性质考虑在内。如果在有关温度,纯化材料对 所有已知的坩埚和容器材料完全不相容,则可以考 虑使用悬浮区域技术。
垂直法进行的悬浮区域技术,是在无坩埚的情况下, 移动的熔区由表面张力、薄氧化层或电磁场的浮生 效应等因素所支持的一种方法。该方法最大的优点 就是避免了容器对材料的污染,而且有可能利用浮 力或重力除去不溶物。
4
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区域熔炼的第一个重要应用是W.G.Pfann纯化在 晶体管所用的元素锗,经过50多年的发展,区域熔 炼已经发展成为制备高纯材料的重要方法。目前1 /3的元素和数百种无机、有机化合物都能通过区 域熔炼提纯到很高的纯度。
事实上,任何晶状物质只要能稳定的熔化,并且在 液体与凝固的固体之间能显示出不同的杂质浓度都 可以应用区域熔炼方法进行提纯。
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区域熔炼的影响因素
水平区熔法
水平区熔法
水平区熔法是一种常用于炼钢过程中的冶炼技术,它通过在特定的水平区域内对炼钢炉炉料进行加热和熔化,以实现钢铁的制造。本文将介绍水平区熔法的工作原理、优势和应用领域。
一、水平区熔法的工作原理
水平区熔法是通过将炉料在水平的炉膛内进行加热和熔化,使其逐渐转化为熔融状态的钢水。该技术的核心是利用高温燃烧的火焰对炉料进行加热,使其达到熔点并熔化。在水平区熔法中,火焰和炉料之间通过喷嘴进行接触,火焰的高温能量被传递到炉料中,使其逐渐升温、熔化。
1. 温度控制精确:水平区熔法采用喷嘴对火焰和炉料进行接触,可以实现对炉料的精确加热。通过调节火焰的温度和喷嘴的位置,可以精确控制炉料的温度,以达到最佳的熔化效果。
2. 熔化效率高:由于水平区熔法可以对炉料进行精确加热,使其逐渐熔化,因此可以提高炉料的熔化效率。相比传统的炉料加热方式,水平区熔法可以更快速地将炉料熔化,节省时间和能源。
3. 操作简便:水平区熔法的操作相对简便,只需要控制火焰的温度和喷嘴的位置即可。操作人员可以根据实际需求进行调整,以实现最佳的加热效果。
4. 适用范围广:水平区熔法适用于各种不同类型的炼钢炉,可以处理各种不同种类的炉料。无论是废钢、废铁还是生铁等,都可以通过水平区熔法进行加热和熔化。
三、水平区熔法的应用领域
1. 钢铁制造:水平区熔法是炼钢过程中常用的一种冶炼技术,广泛应用于钢铁制造行业。通过水平区熔法,可以将各种不同种类的炉料进行加热和熔化,制造出高质量的钢铁产品。
2. 废品回收:水平区熔法也可以用于废品回收领域。通过将废旧金属等废品进行加热和熔化,可以将其中有用的金属成分提取出来,实现废品的再利用。
区融法和直拉法
区融法和直拉法
【原创实用版】
目录
1.区融法和直拉法的定义与特点
2.区融法和直拉法的应用领域
3.区融法和直拉法的优缺点比较
4.区融法和直拉法在我国的发展现状及前景
正文
一、区融法和直拉法的定义与特点
区融法,全称区域融化法,是一种用于制造半导体器件的先进技术。其主要原理是在一定的温度和压力下,将单晶硅片放入熔融的硼硅烷中,使硅片与硼硅烷发生反应,形成一层新的单晶硅。这层新的单晶硅与原有的硅片连接在一起,从而实现硅片的增长。
直拉法,又称为单晶直拉法,是另一种用于制造半导体器件的技术。其基本原理是在一定的温度和压力下,将单晶硅棒放入熔融的硅中,使硅棒与硅熔融体发生反应,并在反应过程中逐渐拉出硅棒,从而实现硅棒的生长。
二、区融法和直拉法的应用领域
区融法和直拉法都是用于制造半导体器件的关键技术,其应用领域主要包括:
1.集成电路:区融法和直拉法都可用于制造集成电路中的晶体管、电容器等元件。
2.光伏产业:区融法和直拉法都可用于制造太阳能电池板中的硅片。
3.微电子器件:区融法和直拉法都可用于制造微电子器件,如场效应
晶体管、双极性晶体管等。
三、区融法和直拉法的优缺点比较
1.优点:
区融法:可以实现大尺寸硅片的制备,提高生产效率,同时可以获得高质量的硅片。
直拉法:可以制备高质量的单晶硅棒,且生产效率较高。
2.缺点:
区融法:技术难度较高,对设备和工艺要求严格,且生产成本较高。
直拉法:硅片的尺寸受到限制,且可能产生位错等缺陷。
四、区融法和直拉法在我国的发展现状及前景
我国在区融法和直拉法领域均有一定的研究基础和技术积累。近年来,随着国家对半导体产业的大力支持,我国区融法和直拉法技术取得了长足的进步。然而,与国际先进水平相比,我国在这两个领域的技术水平仍有一定差距。
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区熔理论在材料提纯中的应用和实现
摘要:区熔法是一种利用局部区域熔化后,通过熔区的运动进行提纯的方法。他是一种制备高纯单晶的方法,广泛应用于硅锗等单晶的制备。区熔法主要可分为水平区熔法和悬浮区熔法两种,两种方法生产工艺不同,适用范围也不同
物质的固相和液相在密度差的驱动下,均会发生运动,因而可通过区域熔炼控制或者重新分配存在于原料纸的可溶性杂质。同时区熔法可有效消除分凝效应,也可将所期望的杂质均匀掺入晶体中,并在一定程度上控制盒消除位错、包裹体等结构缺陷。
区熔法是利用热能在半导体棒料的一端产生一熔区,再熔接单晶耔晶。调节温度使熔区缓慢地向棒的另一端移动,通过棒料整根棒料,生长成一根单晶,晶向与耔晶晶向相同。区熔法适宜生长那些在熔点温度时具有非常强的溶解能力的材料,可生长熔点极高或活性较强的材料,如MgO单晶,碳化物单晶和难熔金属单晶。按其适用范围的不同,区熔法主要分为两种,即水平区熔法和悬浮区熔法。前者主要用于锗、GaAs等材料的提纯和单晶生长。后者主要用于制备单晶硅,这是由于硅熔体的温度高,化学性能活泼,容易受到异物的拈污,难以找到适合的舟皿。
水平区熔提纯是只把材料锭的一小部分熔化形成熔区,并使熔区从锭条的一端移到另一端。因为每次熔化的仅是锭条的一小部分,例如,对K<1的杂质,当熔区第二次在锭首时,由于杂质浓度较高的尾部没被熔化,所以小熔区中的杂质浓度一定比原来锭的杂质浓度要小,熔区移动后,新凝固的固相杂质浓度要比第一次小。这样当熔区一次次通过锭条时,材料就能逐渐被提纯。当某些半导体器件或某些特殊器件对材料的纯度要求很高时,则应进行多次区熔提纯,使中间部分纯度达到要求的程度。区熔提纯受到熔区长度、熔区移动速度、区熔次数以及质量运输等诸多因素影响。其中,在一次区熔时,熔区长度越长,区熔效果越好,多次区熔时则刚好相反。熔区移动速度越慢,区熔时间越久,区熔效果越好,但生产率不高,因而必须选取一个合适的熔区移动速度。区熔一定次数后,锭中杂质的浓度已经达到极限分布,再区熔也没多少效果,因而可以按照经验选择区熔次数,一般以20次左右为宜。区熔时物质会从一端缓慢移动到另一端,这会使水平区熔的材料锭纵向截面变成锥形,甚至引起材料外溢,造成浪费。因此,为了避免浪费产生,水平区熔时,可以将锭料容器倾斜成一个角度,用重力来改变其运动方向。锗锭放在一个清洁处理的高纯石墨舟中,舟放入石英管中,区熔时石英管内要填充氢气或其它惰性气体保护或者抽真空,防止锗在高温时被氧化。熔区可用高频高频感应线圈或电阻加热炉产生。熔区移动可用移动石墨舟或加热线圈来完成。多熔区加热法可以提高加热效率,这时锭条同时经过几个加热器,则一个行程,对锭上任何一点都做n次区熔提纯,效率提高n倍。
作为拉制单晶锗的原料必须是纯度很高的锗,所以必须进行多次区熔提纯。而只有进行多次区熔提纯过程,才能显示区熔提纯的优越性。因为它不必重复出炉、切去锭的首尾端、腐蚀处理、再装炉提纯。区熔提纯方法不仅克服了用正常凝固法进行多次提纯时的困难,同时用多个间隔一定距离的熔区同时通过锗锭,还可以节约时间,提高设备的生产能力。依据双环形加热器的区熔提纯设备的特点,当环形加热器或者石英管从锗锭的一端移动到锗锭的另一端,整个锗锭在全过程中就被提纯了两次。
区熔法制备硅单晶时主要用无坩埚悬浮区熔法。该方法是在气氛会真空的炉室中,利用高频线圈在单晶耔晶和其上方悬挂的多晶硅棒的接触处产生熔区,然后使熔区向上移动进行生长。
该方法中,柱状的高纯多晶硅材料固定于卡盘,一个金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过柱状多晶,在金属线圈中通过高功率的射频电流,射频功率技法的电磁场将在多晶柱中引起涡流,产生焦耳热,通过调整线圈功率,可以使多晶柱紧邻线圈的部分熔化,线圈移过后,熔料再结晶为单晶。另一种使晶柱局部熔化的方法是使用聚焦电子束。整个区熔生长
装置可置于真空系统中,或者有保护气氛的封闭腔室中。区熔主要设备为区熔单晶炉,其主要结构包括:双层水冷炉室、长方形钢化玻璃观察窗、抽真空接口、上轴、下轴、高频加热圈等。除炉室外,还有供电、供水或抽真空系统与高频感应发生器等。由于该装置制取硅的操作完全在竖直方向,因而硅熔体只能完全依靠其表面张力和高频电磁力的支撑,才能悬浮于多晶棒与单晶之间。区熔法制备单晶硅的主要工艺为:<1>将硅棒熔成半球;<2>下压硅棒熔接耔晶;<3>缩颈:耔晶硅棒同步下行轻拉上轴使熔区呈漏斗状;<4>放肩:耔晶硅棒同步下行但上轴拉伸次数减少造成饱满而不崩塌的熔区;<5>收肩合棱:熔区饱满稍下压上轴;
<6>等径生长:硅棒晶体同步运行通过适当拉压上轴来控制晶体直径;<7>收尾:轻拉上轴使熔区逐步拉断形成尖形;<8>区熔鼓棱单晶外形。由于该方法中样品的熔化是完全由固体部分支撑,不需要坩埚,从而有效避免了外来物的污染。
悬浮区熔法可以进行多次提纯,因而制成的单晶纯度高,可用于制作电力电子器件、光敏二极管、射线探测器、红外探测器等。
利用中子嬗变掺杂可以克服由区熔法制取的单晶会有高的电阻率不均匀的缺陷,使其突破高电阻率不均匀所带来的对大功率整流器和晶闸管的反向电压的限制,从而使电子器件的制造研究得到迅速发展。同时,由于自然资源的枯竭,人们对太阳能的利用越发关注。而区熔单晶硅作为太阳能电池的主要原料也在日益受到关注。以区熔单晶硅制造的太阳能电池的光电转化率已经超过以直拉单晶硅和多晶硅为主要原料的太阳能电池。同时,随着信息时代的快速发展,区熔单晶硅在通讯领域被大量用来制造射频集成电路、微波集成电路和光电探测器等高端微电子器件,极大地促进了这一领域的发展。
区熔法可用于制备单晶和提纯材料,可得到均匀的杂质分布。因而它可以广泛应用于生产纯度很高的半导体、金属、合金、无机和有机化合物晶体。在信息时代对原料的要求原来越高的背景下,区熔法必将发挥更大的作用。
参考文献:1杨树人,半导体材料,科学出版社,2004;
2何桂凤,区熔锗的提纯,上海有色金属,1983
3张玉龙,人工晶体,化学工业出版社,2005