ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ С ВЫСОКОЙ ОДНОРОДНОСТЬЮ СВОЙСТВ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ

© Е.Н.Коробейникова, Ю.А.Серебряков, И.А.Прохоров, В.Н.Власов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2008 г.

Решение проблемы высокой макро- и микрооднородности выращиваемых из расплава кристаллов связано с управлением процессами тепломассопереноса в нем таким образом, чтобы обеспечить стационарность условий роста вблизи фронта кристаллизации (ФК). Интенсивная нестационарная конвекция приводит к флуктуациям температуры вблизи ФК, локальному изменению скорости роста и, как следствие, к формированию неоднородности распределения примеси на микронном уровне в виде полос роста. Ослабление интенсивности конвекции и переход к ламинарным течениям позволяют получить более стабильные условия кристаллизации и, соответственно, более однородные кристаллы. В пределе при исключении конвекций любого вида и преобладающем диффузионном тепломассопереносе в расплаве можно достичь условий, когда рост кристаллов будет происходить только на основе процессов самоорганизации и самосборки атомов. Эти факты являются логическим обоснованием для проведения экспериментов в космосе при естественном отсутствии термогравитационной конвекции.

В настоящее время при проведении космических экспериментов основной упор делается на получение фундаментальных знаний о процессах формирования микро- и макронеоднородностей структуры и свойств выращиваемых кристаллов, которые в условиях невесомости могут проявляться более явно, чем на Земле при превалирующем влиянии силы тяжести.

Рассматриваются особенности образования неоднородностей структуры и свойств при кристаллизации GaSb:Si и GaSb:Te в условиях нестационарной и стационарной конвекции. Обосновываются технические и технологические возможности повышения качества выращиваемых в космосе кристаллов. Исключение влияния конвекции Марангони, устранение вибраций от механизма перемещения ампулы за счет проведения кристаллизации путем управления режимами нагревателей, выбор легирующей примеси позволяют минимизировать влияние микроускорений на борту спутника.

Представлены результаты, полученные в наземных и космическом экспериментах по кристаллизации антимонида галлия на установке «Полизон». С использованием комплекса методов (рентгеновской топографии, двух- и трехкристальной дифрактометрии, избирательного травления, электрофизических измерений) исследованы особенности формирования неоднородностей структуры и свойств в различных условиях тепломассопереноса. Экспериментальные данные о характере макро- и микронеоднородностей в кристалле сопоставлены с результатами численных расчетов структуры и интенсивности конвективных течений в расплаве.