分凝现象及分凝系数

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1、分凝现象与分凝系数-----------------------Page1-----------------------2-1分凝现象与分凝系数分凝现象：将含有杂质的晶态物质熔化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同的现象（偏析现象）平衡分凝系数：在一定温度下，平衡状态时，杂质在固液两相中浓度的比值K=C/C0SL平衡状态：无限缓慢地冷却，杂质在固相和液相中充分扩散-----------------------Page2-----------------------MFoET2N2-1-aA-B二元系相图CLCLCsCs溶质浓度溶质浓度

2、溶质浓度1232-1-b固-液相线位置与平衡分凝系数的关系-----------------------Page3-----------------------非平衡状态：一定的结晶速度，结晶速度大于杂质在熔体中的扩散速度杂质在界面附近熔体中堆积，形成浓度梯度→加快向熔体内部扩散→达到动态平衡：单位时间内，界面排出的杂质量与扩散等离开界面的杂质量相等，在界面薄层中浓度梯度不再改变。-----------------------Page4-----------------------有效分凝系数为了描述界面处薄层中杂质浓度偏离对固相中的杂质浓度的影响,

3、引出有效分凝系数K=C/CeffSL0Cs:固相杂质浓度Cs:固相杂质浓度C:熔体内部的杂质浓度CL0:熔体内部的杂质浓度L0界面不移动或者移动速度→0时（无限缓慢结晶时）,C→CK→KCL0CL，eff0L0L，一定速度结晶时,C≠CK≠KCL0CL，eff0L0L，CS=KeffCL0-----------------------Page5-----------------------2-1-3BPS公式描述K与K关系eff0杂质在界面附近的扩散层中，液流平稳，杂质运动主要是扩散，杂质分布不均匀，存在浓度梯度在熔体内部，液流运动剧烈，杂质分布均匀

4、-----------------------Page6-----------------------kkeff0f−δ−(k1e)+k0D01.f远大于D/δ时,fD/δ→+∞,exp(-fD/δ)1.f远大于D/δ时,fD/δfD/δ→0,Keff→1,即固液中杂质浓度差不多.分凝效果不明显。2.f远小于D/δ时,fD/δ→0,exp(-fD/δ)f远小于D/δ时,fD/δfD/δ→1,Keff→K0,分凝效果明显-----------------------Page7-----------------------正常凝固将一材料锭条全部熔化后，

5、使其从一端向另一端逐渐凝固三点假设1.凝固速度大于固相中扩散速度2.熔体中的扩散速度大于凝固速度3.杂质分凝系数是常数-----------------------Page8-----------------------杂质浓度比C/CS0-----------------------Page9-----------------------正常凝固法的缺点正常凝固法的缺点K小于1的杂质在锭尾，K大于1的杂质在K小于1的杂质在锭尾，K大于1的杂质在锭头，多次提纯，每次头尾去除，造成材料锭头，多次提纯，每次头尾去除，造成材料的浪费且效率低.的浪费且效率低

6、.解决办法：解决办法：区熔提纯:区熔提纯:它是把材料的一小部分熔化,它是把材料的一小部分熔化,并使熔区从锭条的一端移到另一端.并使熔区从锭条的一端移到另一端.-----------------------Page10-----------------------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。-----------------------Page11-----------------------一次区熔提纯与正常凝固的效果

7、比较一次区熔提纯与正常凝固的效果比较单就一次提纯的效果而言，正常凝固的效果好单就一次提纯的效果而言，正常凝固的效果好l越大，Cs越小,即熔区越宽，一次区熔提纯的效果越好l越大，Cs越小,即熔区越宽，一次区熔提纯的效果越好对于最后一个熔区,属于正常凝固,不服从一次区熔规律对于最后一个熔区,属于正常凝固,不服从一次区熔规律g或x/L图2-9一次区熔提纯与正常凝固后的杂质浓度分布的比较（K=0.01）-----------------------Page12-----------------------2-2-3多次区熔与极限分布一次区熔后,材料的纯度仍然

8、达不到半导体器件的纯度要求,所以要进行多次区熔,使得各种杂质尽可能的赶到锭条的两头,使中间部分达到要求的程度