За последние два—три года Р. Вагнером и В. Эллисом в процессе их наблюдений за ростом усов кремния, осаждаемого из паров галоидов, восстановлением водорода, был обнаружен новый механизм роста нитевидных кристаллов. Оказалось весьма важным участие в процессе роста усов определенных примесей. Примесь, расплавляясь, образует каплю с относительно низкой температурой затвердевания. Рост кристаллов из газовой фазы происходит через тонкий промежуточный слой расплавленной примеси. Авторы назвали его VLS — механизмом, т. е. механизмом пар— жидкость — кристалл. В механизме VLS осаждение материала происходит в две стадии. Сначала — осаждение из пара на расплав, затем — осаждение материала из пересыщенного расплава на границе кристалл — расплав. Наличие жидкого слоя в контакте с растущим кристаллом обеспечивает быстрое осаждение частиц из газовой фазы. Объясняется это тем, что жидкость, являясь идеально шероховатой, удерживает все падающие на нее атомы. Кроме того, жидкость действует каталитически, ускоряя реакцию выделения материала. В результате капля становится пересыщенной материалом, доставляемым из газовой фазы, и рост происходит быстрым осаждением вещества на границе кристалл — расплав.
Рост уса происходит в две стадии: быстрое первоначальное Удлинение и последующее медленное утолщение, осуществляемое слоевым ростом боковой поверхности. Слои зарождаются на поверхности подложки и постепенно выклиниваются.
Управление VLS-механизмом возможно при условии, если жидкий слой остается устойчивым в процессе роста, т. е. не разбивается на капли. Это условие налагает ограничение на максимальный диаметр кристалла, полученного таким путем. В свою очередь, устойчивость жидкой капли зависит от величины радиуса ее кривизны в собственном паре и от степени пересыщения.
Примесь, используемая в VLS-механизме, должна отвечать определенным требованиям: 1) примесь должна образовывать с кристаллизуемым веществом жидкий раствор при температуре кристаллизации; 2) растворимость примеси в твердой фазе по сравнению с растворимостью в жидкой должна быть меньше;
3) примесь должна быть инертной к продуктам химической реакции; 4) важную роль играют поверхностные энергии межфазных границ и т. д.
Природные нитевидные кристаллы встречаются в виде призм или конусов, при этом они могут быть прямыми, искривленными или скрученными. Форма кристалла определяется как его структурой, так и условием роста (симметрией среды). Влияние структуры вещества отчетливо проявляется в совпадении удлинения нитевидного кристалла с важнейшими кристаллографическими зонами, которые соответствуют направлениям наиболее интенсивных сил связей в структуре. Это еще одна иллюстрация известного правила Марка, устанавливающего совпадение удлинения волокнистых кристаллов с направлением наименьшего параметра ячейки. В случае ярко выраженных цепочек в мотиве структуры удлинение совпадает с направлением этих цепочек (амфиболы, волокнистые цеолиты, сера и др.). Наиболее интересно поведение слоистой структуры в среде с симметрией, вызывающей нитевидный рост. Слоистая структура взаимодействует со средой, в результате чего слои закручиваются -в спиральные трубки (галлуазит, хризотил и др.).
Кристаллы нитевидной формы могут образовывать агрегаты, принимающие разнообразную внешнюю форму, определяющуюся различными соотношениями в пространстве скоростей роста отдельных участков агрегата. И в данном случае внешняя симметрия агрегата соответствует симметрии окружающей питающей среды. Эта тенденция используется в практике при получении ориентированных текстур — электретов, пьезоэлектрических текстур и т. п.
Скачать реферат: