МЕТОДЫ и ЗАДАЧИ


Методы лаборатории:

Рост кристаллов, оптическая и магниторезонансная спектроскопия в широком диапазоне температур, электронная микроскопия, квантово-химические расчеты, контактные и бесконтактные измерения электрофизических параметров (полупроводниковых) кристаллов.

 

Приоритетное научное направление: физическое материаловедение.

  

Оборудование для выращивания и исследования монокристаллов:

Комплекс установок для выращивания кристаллов

Установки типа СЗВН-20 предназначены для группового выращивания монокристаллических трубок из лейкосапфира диаметром 4-10 мм или одиночных трубок диаметром до 20 мм. Установки универсальные и в отделе физики твердотельных материалов используются для выращивания широкого спектра кристаллов – фторидов щелочных, щелочно-земельных и редкоземельных элементов, монокристаллического и мультикристаллического кремния, бериллиевого индиалита, а также для плавки стекол и моделирования процессов восстановления кремния. Технические характеристики: установленная мощность 70 КВА, номинальная температура в рабочем пространстве не более 2050 0С, предельное остаточное давление в холодном состоянии 6.7*10-3 Па, избыточное давление инертного газа 6.9*104 Па. Установки позволяют реализовывать практически все методы выращивания монокристаллов из расплава.  В отделе проведена реконструкция двух установок с введением дополнительных токовводов для создания необходимых тепловых условий для выращивания крупногабаритных кристаллов длиной до 300 мм

Экспериментальная линейка для получения мультикремния для солнечной энергетики

Для получения мультикремния создана лабораторная экспериментальная линейка, состоящая из трех установок. Электродуговая установка (Рис. a) мощностью 100 кВт позволяет проводить карботермическое восстановление кремния в постоянном токе до 1500А. Блок питания выполнен в виде стабилизированного источника тока. Тигель, являющийся нижним электродом, и верхний электрод диаметром 76 мм выполнены из особо чистого графита. Корпус печи снабжен поворотным механизмом, что позволяет выливать кремний через верхнее отверстие по желобу, выполненному из огнеупорного материала. Высокотемпературная печь (Рис. b) позволяет проводить рафинирование расплава  кремния газовой смесью при температурах до 1700 0С. Газовая смесь, приготовленная генератором газовой смеси, подается через трубку из карбида кремния, вводимой в расплав через верхнее отверстие в печи. Тигель для рафинирования изготавливается в лаборатории из высокотемпературного бетона. Для приготовления бетонной смеси и изготовления тигля разработано и изготовлено специальное оборудование. Для выращивания блоков мультикремния размером 125×125×250 мм проведена реконструкция установки СЗВН-20 (Рис. c). Для выращивания блоков мультикремния изготовлены тигли из кварцевой керамики.

Многозонная термическая установка и система управления процессом выращивания кристаллов.

Многозонная термическая установка (МТУ) представляет собой печь для выращивания кристаллов  в кварцевых ампулах методом Бриджмена в вертикальном варианте. Основными элементами многозонной термической установки являются нагревательные модули различного конструктивного исполнения. Установка состоит из 20 нагревательных модулей, соосно установленных друг относительно друга и разделенных теплоизолирующими прокладками, имеет 20 резистивных нагревательных элементов, 16 термопар, расположенных вблизи нагревательных элементов и предназначенных для контроля и управления тепловой мощностью нагревателей. Каждый из нагревательных модулей имеет по одному кольцеобразному резистивному нагревательному элементу, выполняющему две основные функции – обеспечение необходимого общего температурного фона и подстройка вырабатываемой мощности при управлении распределением температуры в рабочем объеме установки. Основное назначение торцевых нагревательных модулей – снижение влияния краевых эффектов на температурное поле в рабочем объеме установки. Они обладают мощными нагревательными элементами. Рабочий объем установки представляет собой цилиндр, ограниченный в радиальном направлении внутренними поверхностями кольцевых нагревательных модулей.Основными элементами многозонной термической установки являются нагревательные модули различного конструктивного исполнения. Установка состоит из 20 нагревательных модулей, соосно установленных друг относительно друга и разделенных теплоизолирующими прокладками, имеет 20 резистивных нагревательных элементов, 16 термопар, расположенных вблизи нагревательных элементов и предназначенных для контроля и управления тепловой мощностью нагревателей. Каждый из нагревательных модулей имеет по одному кольцеобразному резистивному нагревательному элементу, выполняющему две основные функции – обеспечение необходимого общего температурного фона и подстройка вырабатываемой мощности при управлении распределением температуры в рабочем объеме установки. Основное назначение торцевых нагревательных модулей – снижение влияния краевых эффектов на температурное поле в рабочем объеме установки. Они обладают мощными нагревательными элементами. Рабочий объем установки представляет собой цилиндр, ограниченный в радиальном направлении внутренними поверхностями кольцевых нагревательных модулей. 

 Комплекс оптических спектрометров Perkin-Elmer L950 и LS55:

Назначение и технические характеристики. Современные оптические спектромеры LS55 (слева) и Lambda950 (правее центра), оснащенный криостатом Janis Research CCS-100/204 с охлаждениемдо температуры 6К, позволяют с высокой точностью и чувствительностью изучать оптические свойства твердых, жидких  и рассеивающих материалов в диапазоне длин волн от 180 до 3000 нм (спектры поглощения, отражения, возбуждения, свечения в том числе с временным разрешением). 

Оптический спектрофотометр Perkin-Elmer Lambda 950

Область применения: оптическая спектроскопия твердых и жидких веществ для разработки новых материалов для твердотельных детекторов ионизирующего излучения, солнечных элементов, оптики и лазерной физики.Технические характеристики: высокоточные измерения спектров поглощения в диапазоне 180-3000 нм. Модуль с интегрирующей сферой для измерений порошков. Модуль для  измерения зеркального отражения.

.

Измерительная линейка для контроля электрофизических параметров полупроводника. В неё входит:

  1. Схема измерения вольт - амперной характеристики точечного контакта металл-полупроводник. Включает самодельный генератор пилообразного напряжения, подаваемого на образец и компьютерную приставку-осциллограф PSC500 фирмы VellemanInstrumentsс функцией двухкоординатного графопостроителя. Назначение - контроль типа электропроводности (p/n).
  2. Схема для измерения эффекта Холла, включающая электромагнит ФЛ-1 (магнитная индукция в зазоре - до 2 Тл). Назначение – определение подвижности равновесных носителей заряда и контроль типа электропроводности.
  3. Установка «РОМЕТР» для измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) четырёхзондовым методом. Расположение зондов в измерительной головке – линейное, через 1.3 мм. Диапазон измерения от 0,001 до 10000 Ом·см. Погрешность не более ±3%.
  4. Установка «ТАУМЕТР-2М» для определения времени жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) по затуханию фотопроводимости, измеряемой бесконтактным СВЧ-резонаторным методом. Длина вольны монохроматического излучения – 1,06 мкм, диаметр светового пятна – 2 мм. Диапазон измерения времени жизни ННЗ от 0,1 до 5000 мкс. Диапазон УЭС при измерении времени жизни ННЗ от 0,1 до 10000 Ом·см. Погрешность не более ±30%.

Спектрометр электронного парамагнитного резонанса РЭ-1306, предназначенный для получения ЭПР-спектров в магнитных полях до 7000 гаусс.
Спектрометр электронного парамагнитного резонанса предназначен для измерения парамагнитных центров в исследуемом веществе путем регистрации первой или второй производной сигнала поглощения ЭПР в широком диапазоне мощности СВЧ при высокочастотной или низкочастотной модуляции магнитного поля в широком интервале температур.
Прибор предназначен для изучения примесных парамагнитных центров в ионных кристаллах, а также для исследования собственных и примесных радиационных дефектов и симметрию их ближайшего окружения.