Crescimento do pedestal aquecido a laser - Laser-heated pedestal growth
Crescimento aquecida a laser pedestal ( LHPG ) ou de laser flutuante zona ( LFZ ) é um crescimento de cristal técnica. Uma região estreita de um cristal é derretida com um poderoso laser de CO 2 ou YAG . O laser e, portanto, a zona flutuante , é movido ao longo do cristal. A região derretida se funde com um sólido impuro em sua borda dianteira e deixa um rastro de material mais puro solidificado atrás dela. Esta técnica para o crescimento de cristais do fundido ( transição de fase líquida / sólida ) é usada na pesquisa de materiais.
Vantagens
As principais vantagens desta técnica são as altas taxas de extração (60 vezes maiores que a técnica de Czochralski convencional ) e a possibilidade de cultivar materiais com pontos de fusão muito elevados. Além disso, o LHPG é uma técnica sem cadinho , que permite que cristais únicos sejam cultivados com alta pureza e baixo estresse.
A forma geométrica dos cristais (a técnica pode produzir pequenos diâmetros), e o baixo custo de produção, tornam as fibras monocristalinas (SCF) produzidas por LHPG substitutos adequados para cristais a granel em muitos dispositivos, especialmente aqueles que usam materiais de alto ponto de fusão . No entanto, as fibras de cristal único devem ter qualidades ópticas e estruturais iguais ou superiores em comparação com cristais em massa para substituí-los em dispositivos tecnológicos. Isso pode ser alcançado controlando cuidadosamente as condições de crescimento.
Elementos ópticos
Até 1980, o crescimento de cristal aquecido a laser usava apenas dois feixes de laser focados no material de origem. Essa condição gerou um alto gradiente térmico radial na zona de fusão, tornando o processo instável. Aumentar o número de vigas para quatro não resolveu o problema, embora tenha melhorado o processo de crescimento.
Um aprimoramento da técnica de crescimento de cristal aquecido a laser foi feito por Fejer et al. , que incorporou um componente óptico especial conhecido como reflaxicon , que consiste em um cone interno circundado por uma seção de cone coaxial maior, ambos com superfícies refletoras. Este elemento óptico converte o feixe de laser cilíndrico em uma superfície de cilindro oca de maior diâmetro. Este componente óptico permite a distribuição radial da energia do laser sobre a zona fundida, reduzindo gradientes térmicos radiais. O gradiente de temperatura axial nesta técnica pode chegar a 10000 ° C / cm, o que é muito alto quando comparado com as técnicas tradicionais de crescimento de cristal (10–100 ° C / cm).
Velocidade de convecção
Uma característica da técnica LHPG é sua alta velocidade de convecção na fase líquida devido à convecção de Marangoni . É possível ver que gira muito rápido. Mesmo quando parece estar parado, na verdade está girando rápido em seu eixo.