Croissance du piédestal chauffé au laser - Laser-heated pedestal growth
La croissance sur piédestal chauffé au laser ( LHPG ) ou la zone flottante laser ( LFZ ) est une technique de croissance cristalline . Une région étroite d'un cristal est fondue avec un puissant laser CO 2 ou YAG . Le laser et donc la zone flottante sont déplacés le long du cristal. La région fondue fond le solide impur à son bord avant et laisse un sillage de matière plus pure solidifiée derrière elle. Cette technique de croissance de cristaux à partir de la masse fondue ( transition de phase liquide / solide ) est utilisée dans la recherche sur les matériaux.
Avantages
Les principaux avantages de cette technique sont les vitesses de traction élevées (60 fois supérieures à la technique Czochralski conventionnelle ) et la possibilité de faire croître des matériaux avec des points de fusion très élevés. De plus, le LHPG est une technique sans creuset , qui permet de faire croître des monocristaux avec une pureté élevée et une faible contrainte.
La forme géométrique des cristaux (la technique peut produire de petits diamètres) et le faible coût de production font des fibres monocristallines (SCF) produites par LHPG des substituts appropriés aux cristaux en vrac dans de nombreux appareils, en particulier ceux qui utilisent des matériaux à point de fusion élevé . Cependant, les fibres monocristallines doivent avoir des qualités optiques et structurelles égales ou supérieures par rapport aux cristaux massifs pour se substituer à eux dans les dispositifs technologiques. Ceci peut être réalisé en contrôlant soigneusement les conditions de croissance.
Éléments optiques
Jusqu'en 1980, la croissance cristalline chauffée au laser n'utilisait que deux faisceaux laser focalisés sur le matériau source. Cette condition a généré un gradient thermique radial élevé dans la zone fondue, rendant le processus instable. Augmenter le nombre de faisceaux à quatre n'a pas résolu le problème, bien que cela ait amélioré le processus de croissance.
Une amélioration de la technique de croissance des cristaux chauffés au laser a été réalisée par Fejer et al. , qui a incorporé un composant optique spécial connu sous le nom de reflaxicon , constitué d'un cône intérieur entouré d'une plus grande section de cône coaxial, tous deux avec des surfaces réfléchissantes. Cet élément optique convertit le faisceau laser cylindrique en une surface cylindrique creuse de plus grand diamètre. Ce composant optique permet une distribution radiale de l'énergie laser sur la zone fondue, réduisant les gradients thermiques radiaux. Le gradient de température axial dans cette technique peut aller jusqu'à 10 000 ° C / cm, ce qui est très élevé par rapport aux techniques traditionnelles de croissance cristalline (10 à 100 ° C / cm).
Vitesse de convection
Une caractéristique de la technique LHPG est sa vitesse de convection élevée en phase liquide due à la convection de Marangoni . Il est possible de voir qu'il tourne très vite. Même lorsqu'il semble immobile, il tourne en fait rapidement sur son axe.