Podgrzewany laserowo wzrost cokołu
Podgrzewany laserowo wzrost cokołu ( LHPG ) lub laserowa strefa pływająca ( LFZ ) to technika wzrostu kryształów . Wąski obszar kryształu jest topiony za pomocą silnego CO 2 lub YAG . Laser, a tym samym strefa unosząca się , porusza się wzdłuż kryształu. Stopiony obszar topi nieczystą substancję stałą na swojej przedniej krawędzi i pozostawia za sobą ślad czystszego materiału zestalonego. Ta technika hodowli kryształów ze stopu ( przejście fazowe ciecz/ciało stałe ) jest używany w badaniach materiałowych.
Zalety
Głównymi zaletami tej techniki są wysokie szybkości wyciągania (60 razy większe niż konwencjonalna technika Czochralskiego ) oraz możliwość hodowli materiałów o bardzo wysokich temperaturach topnienia. Ponadto LHPG jest beztyglową , która umożliwia wzrost monokryształów z wysoką czystością i niskim stresem.
Geometryczny kształt kryształów (ta technika pozwala na uzyskiwanie małych średnic) oraz niski koszt produkcji sprawiają, że włókna monokrystaliczne (SCF) produkowane przez LHPG są odpowiednimi substytutami kryształów objętościowych w wielu urządzeniach, zwłaszcza tych, które wykorzystują wysokotopliwe materiały punktowe . Jednak włókna monokrystaliczne muszą mieć równe lub lepsze właściwości optyczne i strukturalne w porównaniu z kryształami masowymi, aby mogły je zastąpić w urządzeniach technologicznych. Można to osiągnąć poprzez staranne kontrolowanie warunków wzrostu.
Elementy optyczne
Do 1980 roku wzrost kryształów ogrzewany laserem wykorzystywał tylko dwie wiązki laserowe skupione na materiale źródłowym. Ten stan generował wysoki radialny gradient temperatury w strefie stopionej, powodując niestabilność procesu. Zwiększenie liczby wiązek do czterech nie rozwiązało problemu, chociaż poprawiło proces wzrostu.
Udoskonalenia techniki wzrostu kryształów ogrzewanych laserem dokonali Fejer i in. , który wprowadził specjalny element optyczny znany jako reflaxicon , składający się z wewnętrznego stożka otoczonego większą współosiową sekcją stożka, oba z powierzchniami odbijającymi. Ten element optyczny przekształca cylindryczną wiązkę lasera w wydrążoną powierzchnię cylindra o większej średnicy. Ten element optyczny umożliwia promieniową dystrybucję energii lasera w strefie stopionej, zmniejszając promieniowe gradienty termiczne. Osiowy gradient temperatury w tej technice może sięgać nawet 10 000 ° C / cm, co jest bardzo wysoką wartością w porównaniu z tradycyjnymi technikami wzrostu kryształów (10–100 ° C / cm).
Prędkość konwekcji
Cechą techniki LHPG jest duża prędkość konwekcji w fazie ciekłej dzięki konwekcji Marangoniego . Można zauważyć, że obraca się bardzo szybko. Nawet jeśli wydaje się, że stoi w miejscu, w rzeczywistości obraca się szybko wokół własnej osi.