Nukleation und Wachstum von unterkühlten Silizium-, Silizium-Cobalt und Silizium-Germanium-Schmelzen

Mittels elektromagnetischer und elektrostatischer Levitationstechniken wurden reine Siliziumschmelzen behälterfrei unterkühlt und erstarrt. Anhand der Nukleationsraten in der unterkühlten Schmelze konnte unter Annahme homogener Nukleation eine untere Grenze für die flüssig-fest Grenzflächenenergie unterkühlter Siliziumschmelzen bestimmt werden. Das Wachstum der festen Phase aus der unterkühlten Schmelze wurde mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet. Ein Übergang von planarem facettiertem zu dendritischem Wachstum konnte direkt beobachtet und die Temperatur des Übergangs bestimmt werden. Der Wachstumsübergang hat wesentlichen Einfluss auf die Oberfläche und die Mikrostruktur der erstarrten Proben. Die Wachstumsgeschwindigkeit sowie die Wachstumsmorphologie von reinen Silizium-, Silizium-Cobalt und Silizium-Germaniumschmelzen wurden erfasst und dieWachstumsgeschwindigkeiten im Rahmen dendritischer Wachstumsmodelle diskutiert.Pure silicon melts were undercooled and solidified containerlessly using electromagnetic and electrostatic levitation techniques. A lower limit for the solidliquid interfacial energy could be determined on the basis of nucleation rates in the undercooled melt under the assumption of homogeneous nucleation. Growth of the solid phase from the undercooled melt was observed with a high speed camera. A transition from planar facetted to dendritic growth could be determined directly and the temperature for the transition was identified. The growth transition has a mayor influence on surface and microstructure of the solidified samples. The growth velocity and growth morphology of pure silicon, silicon-cobalt and silicon-germanium melts were determined and the results discussed within current dendritic growth models