صبة بلورية

(تم التحويل من Boule (crystal))
التبلور
Process-of-Crystallization-200px.png
الأسس
المفاهيم
الطرق والتكنولوجيا
صبة سليكون أحادي البلورة.


الصبة البلورية أو البولة (إنگليزية: boule)، هي سكيبة أحادية البلورات تـُنتَج بوسائل اصطناعية.[1]

صبة السليكون هي المادة الأولية لمعظم الدوائر المتكاملة المستخدمة اليوم. في صناعة أشباه الموصلات يمكن تصنيع الصبات الاصطناعية بعدة الطرق، مثل تقنية بريدجمان[2] وطريقة تشوخرالسكي، والتي ينتج عنها قضيب أسطواني من المادة.

طريقة تشوخرالسكي

في طريقة تشوخرالسكي، يلزم وجود نواة بلورة لإنشاء بلورة أكبر، أو سبيكة. تُغمس نواة البلورة هذه في السليكون المنصهر النقي ويتم استخلاصها ببطء. ينمو السيكون المنصهر على نواة البلورة بطريقة بلورية. عندما تُستخرج النوى، يتصلب السليكون، وفي النهاية تُنتج صبة بلورية أسطوانية كبيرة.[3]

عادةً ما تُقطع الصبة البلورية شبه الموصلة إلى رقاقات دائرية باستخدام منشار ماسي أو منشار سلكي ماسي، ويتم تحضين وصقل كل رقاقة لتوفير ركائز مناسبة لتصنيع النبائط على سطحها.[4]

تُستخدم هذه العملية أيضًا لتصنيع الياقوت الأزرق، والذي يُستخدم للركائز في إنتاج مصابيح الليد باللونين الأزرق والأبيض، والنوافذ البصرية في تطبيقات خاصة وكأغطية واقية للساعات.[5]

شاشة آيفون +6، كانت تُصنع بالصبة البلورية، في 2016، عرض 1080p.

طريقة مبادل الحرارة

إحدى الطرق الشائعة لإنتاج صبات ياقوتية هي "طريقة مبادل الحرارة" Heat Exchanger Method (HEM)، التي فيها يوضع أكسيد الألومنيوم في بوتقة من المولبدنم وتُسخَّن حتى الانصهار عند 2200°س. فهي تسمح بانتاج بلورات كبيرة جداً يزيد قطرها عن 30 سم. العملية تحدث في الفراغ. تقبع بلورة بذرة ياقوتية في قاع البوتقة وتُحفَظ من الانصهار بالتبادل الحراري (التبريد) مع غاز الهليوم أو الهليوم السائل والذي يوقى فيه من الفراغ بمبادل حراري بارد على شكل إصبع. يحتفظ بالفرن عند درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة الانصهار، ولكن المبادل الحراري يكون عند درجة حرارة أقل قليلاً من درجة الانصهار. ثم تُخفَض درجة حرارة المبادل الحراري لبدء التبلور، ثم يُبَرَّد أكسيد الألومنيوم على مدى فترة تتراوح على الأقل من 72 ساعة إلى 17 يومًا لتبلوره إلى ياقوت. البوتقات هي للاستخدام مرة واحدة، العملية تماثل تقنية بريدج‌مان وطرق شتوبر لتنمية البلورات،[6][7] وكانت تُستخدم لشاشات الآيفون.[8][9][10][11] تنمو البلورة إلى الأعلى من أسفل البوتقة.[12]

طريقة النمو المغذى بغشاء محدد الحواف (EFG)

وثمة طريقة أخرى وهي طريقة النمو المغذى بغشاء محدد الحواف (EFG)، الشبيهة جداً لطريقة تشوخرالسكي لكن المادة تمر عبر قالب قبل أن تبرد، مما يشكل البلورة. البلورة لا تدور.[13] الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، فرن التدرج[14] أو عمليات بريدج‌مان الرأسية يمكن استخدامها لتنمية بلورات الياقوت.[15]

طريقة التدرج الحراري

تعتمد طريقة التدرج الحراري temperature gradient على فرن يحتوي على بوتقة تحتوي على مادة. في قاع البوتقة، تُوضع نواة تبلور. تذاب المادة ثم تُترك منصهرة لساعات حتى تستقر درجة الحرارة. يُشغَّل الفرن في الفراغ وحين تبلغ درجة الحرارة 1400°س في قاع البوتقة، يُحقَن غاز الأرگون. ثم تبدأ عملية التبلور بتبريد المادة المنصهرة عند 1.3 إلى 3 كلڤن للساعة، مع وجود تدرج خطي في درجة الحرارة عبر ارتفاع الفرن مما يجعل المادة تتبلور من الأسفل إلى الأعلى. يتحقق التدرج عن طريق تبريد أجزاء الفرن بالماء.[16] يمكن أيضًا إنشاء تدرج درجة الحرارة عن طريق وضع عدة سخانات على طول ارتفاع الفرن، وتقسيم السخانات إلى مناطق درجة الحرارة وتغيير درجة حرارة المناطق.[17]

البلورات الكبيرة أكبر من قطر 50 سم ، من مادة قابلة للذوبان في الماء مثل الفوسفات أحادي البوتاسيوم (KDP) يمكن صنعها بإذابة الـ KDP في ماء ساخن وملح، فيخلق محلول نمو، ووضع البلورة البذرة في المحلول ثم يُبرَّد المحلول، يتم ذلك في مبلوِر من طراز هولدن، فيما يُعرف بإسم نمو المحلول.[18][19][20]

المصادر

  1. ^ Kimoto, Tsunenobu; Cooper, James A. (24 November 2014). Fundamentals of Silicon Carbide Technology: Growth, Characterization. John Wiley & Sons. ISBN 9781118313527. Retrieved March 1, 2017.
  2. ^ Dhanaraj, Govindhan; Byrappa, Kullaiah; Prasad, Vishwanath; Dudley, Michael (2010). Springer Handbook of Crystal Growth. Springer. ISBN 9783540747611. Retrieved February 25, 2017.
  3. ^ Rea, Samuel N. (1978). "Continuous Czochralski Process Development". Retrieved March 1, 2017.
  4. ^ BOSE (2013). IC Fabrication Technology. McGraw Hill Education (India) Pvt Ltd. p. 53. ISBN 978-1-259-02958-5.
  5. ^ J.-P. Colinge (29 February 2004). Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI: Materials to Vlsi. Springer Science & Business Media. p. 12. ISBN 978-1-4020-7773-9.
  6. ^ Tatartchenko, V. A. (2010). "Sapphire Crystal Growth and Applications". Bulk Crystal Growth of Electronic, Optical & Optoelectronic Materials. pp. 299–338. doi:10.1002/9780470012086.ch10. ISBN 978-0-470-01208-6.
  7. ^ Feigelson, Robert S. (2015). "Crystal Growth through the Ages". Handbook of Crystal Growth. pp. 1–83. doi:10.1016/B978-0-444-56369-9.00001-0. ISBN 978-0-444-56369-9.
  8. ^ Wakabayashi, Daisuke (19 November 2014). "Inside Apple's Broken Sapphire Factory". Wall Street Journal.
  9. ^ Sapphire Screen: The Making of a Scratch-Proof Smartphone Display at YouTube
  10. ^ Pishchik, Valerian; Lytvynov, Leonid A.; Dobrovinskaya, Elena R. (2009). Sapphire. Bibcode:2009smma.book.....P. doi:10.1007/978-0-387-85695-7. ISBN 978-0-387-85694-0.[صفحة مطلوبة]
  11. ^ Khattak, Chandra P.; Schmid, Frederick (May 2001). "Growth of the world's largest sapphire crystals". Journal of Crystal Growth. 225 (2–4): 572–579. Bibcode:2001JCrGr.225..572K. doi:10.1016/S0022-0248(01)00955-1.
  12. ^ Feigelson, Robert S. (2015). "Crystal Growth through the Ages". Handbook of Crystal Growth. pp. 1–83. doi:10.1016/B978-0-444-56369-9.00001-0. ISBN 978-0-444-56369-9.
  13. ^ Pishchik, Valerian; Lytvynov, Leonid A.; Dobrovinskaya, Elena R. (2009). Sapphire. Bibcode:2009smma.book.....P. doi:10.1007/978-0-387-85695-7. ISBN 978-0-387-85694-0.[صفحة مطلوبة]
  14. ^ Schmid, F.; Viechnicki, D. (September 1970). "Growth of Sapphire Disks from the Melt by a Gradient Furnace Technique". Journal of the American Ceramic Society. 53 (9): 528–529. doi:10.1111/J.1151-2916.1970.TB16009.X.
  15. ^ Khattak, Chandra P.; Schmid, Frederick (May 2001). "Growth of the world's largest sapphire crystals". Journal of Crystal Growth. 225 (2–4): 572–579. Bibcode:2001JCrGr.225..572K. doi:10.1016/S0022-0248(01)00955-1.
  16. ^ Li, Hongjun; Xu, Jun (2010). "Crystal Growth of Laser Host Fluorides and Oxides". Springer Handbook of Crystal Growth. pp. 479–507. doi:10.1007/978-3-540-74761-1_15. ISBN 978-3-540-74182-4.
  17. ^ Lan, Y. C.; Chen, X. L.; Crimp, M. A.; Cao, Y. G.; Xu, Y. P.; Xu, T.; Lu, K. Q. (May 2005). "Single crystal growth of gallium nitride in supercritical ammonia". Physica Status Solidi (C). 2 (7): 2066–2069. Bibcode:2005PSSCR...2.2066L. doi:10.1002/pssc.200461557.
  18. ^ Atherton, L.; Burnham, A.; Combs, R.; Couture, S.; De Yoreo, J.; Hawley-Fedder, R.; Montesant, R.; Robey, H.; et al. (1999). Producing KDP and DKDP crystals for the NIF laser. doi:10.2172/14145. Archived from the original. You must specify the date the archive was made using the |archivedate= parameter. https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc626634/. 
  19. ^ Zaitseva, N.; Carman, L. (January 2001). "Rapid growth of KDP-type crystals". Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. 43 (1): 1–118. Bibcode:2001PCGCM..43....1Z. doi:10.1016/S0960-8974(01)00004-3.
  20. ^ Zaitseva, N.P.; Dehaven, M.R.; Vital, R.L.; Carman, M.L.; Spears, R.; Montgomery, K.; Atherton, L.J.; De Yoreo, J.J. (1996). "Rapid Growth of Large-Scale (20-50cm) KDP Crystals". Nonlinear Optics: Materials, Fundamentals and Applications. pp. NPD.5. doi:10.1364/NLO.1996.NPD.5. OSTI 492018.
This article contains content from Wikimedia licensed under CC BY-SA 4.0. Please comply with the license terms.
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=صبة_بلورية&oldid=4136779"