3、定义为*有效分凝系数。Keff=CS/CL0
2. 推导BPS公式,说明各个物理量的含义并讨论影响分凝系数的因素。
答:*BPS公式推导:书P21~P23
式中:K0为平衡分凝系数;Keff为有效分凝系数;f为固液相面的的移动速度;δ为扩散层厚度;D为扩散系数。
影响分凝系数的因素:
①当f 远大于D/δ时, fD/δ→+∞,exp(-fD/δ) →0,Keff→1,即固液中杂质浓度差不多.分凝效果不明显。
②当f 远小于D/δ时, fD/δ→0,exp(-fD/δ) →1,Keff→K0,分凝效果明显。
③扩散层厚度和扩散系数,D/δ越小,分凝结果越差。
4、
3. *分别写出正常凝固过程、一次区熔过程锭条中杂质浓度Cs公式,说明各个物理量的含义。
答:正常凝固过程:
一次区熔过程:
式中:K为Cs与熔体中平均杂质浓度的比值;C0为原样品中杂质的平均浓度;l为区熔过程中的熔区长度。
4. 说明为什么*实际区熔是,最初几次要选择大熔区后几次用小熔区的工艺条件。
(*在Ge、Si的区熔过程中,怎样选择区熔长度,为什么?)
答:①因为实际区熔过程中,最初几次杂质分布曲线不太陡,杂质倒流现象几乎可以忽略,K<1的杂质被固相排出到熔区中,熔区长度l较大时,大熔区中均匀杂质浓度CL变化不大,CS也不太增加,所以提纯效果好。
5、 ②后几次区熔提纯时,由于体系接近极限分布状态,熔区l大,会造成杂质严重倒流,使CL变大,CS也变大不利于提高纯度。
5. 根据相图讨论:
图一是能使材料熔点下降的杂质,K0<1,区熔提纯时杂质向尾部集中;
图二使材料熔点上升的杂质,K0>1,区熔提纯时杂质向头部集中;
图三K0≈1,区熔时基本上不改变原有分布状态。
6. *由于存在分凝现象,正常凝固后锭条中杂质分布不均匀:
①对于K<1的杂质,浓度越接近尾部越大,向尾部集中;
②对于K>1的杂质,浓度越接近头部越大,向头部集中;
③对于K≈1的杂质,基本保持原有的均匀分布方式。
7. *经过多次区熔提纯后
6、杂质分布状态达到一个相对稳定且不再改变的状态,这种极限状态叫极限分布,也叫最终分布。
8. 在熔化界面,锭料的熔化带入新的杂质,并从熔化界面向凝固界面运动,与分凝出来的杂质运动方向相反,称为*杂质倒流。
9. 影响杂质浓度极限分布的主要因素是杂质的分凝系数和熔区长度。
10. 对不同K值(K<1)的杂质,K值越小,极限分布时头部杂质浓度越小;熔区长度越小,极限分布时CS越小。
11. 从极限分布角度来看,区熔长度l→小好。
12. *区熔提纯: 利用分凝现象将物料局部熔化形成狭窄的熔区,并令其沿锭长从一端缓慢地移动到另一端,重复多次(多次区熔)使杂质被集中在尾部或头部,进而达到使中部材料被提纯。