ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ КРИСТАЛЛОВ GASB(SI), ВЫРАЩЕННЫХ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА, КОМПЛЕКСОМ РЕНТГЕНОВСКИХ И ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

© И.А.Прохоров, И.Ж.Безбах, Ю.А.Серебряков, Е.Н.Коробейникова, Б.Г.Захаров, А.Ф.Гурбич, И.Л.Шульпина
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2006 г.

Нестационарная конвекция в расплаве в процессе роста кристаллов вызывает осцилляции скорости роста, что может приводить к неоднородностям в распределении примеси и основных компонентов состава на микроуровне. Это послужило одной из причин проведения широкомасштабных исследований процессов кристаллизации в условиях микрогравитации на борту космических аппаратов. Концентрационные и структурные неоднородности, выявляемые в кристаллах различными аналитическими методами, отражают особенности тепломассопереноса вблизи фронта кристаллизации и являются в настоящее время основным источником информации как об особенностях процесса кристаллизации, так и о возмущающих эффектах различных внешних факторов.

В настоящей работе представлены результаты использования методов рентгеновской топографии, ядерного микроанализа, двух- и трехкристальной дифрактометрии высокого разрешения для изучения структурных особенностей кристаллов GaSb(Si), выращенных в различных условиях тепломассопереноса при наземной отработке эксперимента по кристаллизации этого материала на борту автоматического космического аппарата «Фотон». Развиты методы количественной характеризации микросегрегации в кристаллах с использованием цифровой обработки рентгенотопографических изображений и спектрального анализа сигналов. Выявлен ряд специфических особенностей рентгенотопографического изображения микросегрегационных полос роста, обусловленных высокой концентрацией кремния и отклонением состояния примеси в затравке от идеального твердого раствора замещения.

Проведенные исследования показали, что снижение интенсивности конвективных течений при выращивании кристаллов вертикальным методом Бриджмена при осесимметричном верхнем подводе тепла по сравнению с методом Чохральского приводит к устранению микросегрегационных примесных полос роста и к улучшению однородности электрофизических параметров материала. Однако возникающая в этом случае повышенная плотность структурных дефектов вызывает по данным трехкристальной рентгеновской дифрактометрии существенные искажения кристаллической решетки, что вносит определенный вклад в микронеоднородность кристаллов.

Использование комплекса взаимодополняющих методов исследования обеспечивает получение наиболее полной и достоверной информации о влиянии условий роста на формирование концентрационных и структурных неоднородностей в кристаллах.