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本文利用熔体黏度仪、高温DSC差热分析以及扫描电镜等方法较为系统研究了纯Ga、纯Sb及不同成分Ga-Sb熔体的黏度特性,并分析了黏滞性变化规律与液态特性变化的相关性.向Ga<,36.5>Sb<,63.5>熔体中分别加入了0.5﹪、1.5﹪和2.5﹪的Te元素,分析研究了它对GaSb熔体的黏度和液态结构的影响;同时本文还探讨了磁场条件下Ga-Sb熔体的黏度变化规律.
作者系统地测试了1000℃以下不同成分的Ga-Sb熔体的黏度.结果表明,熔体的黏度随温度降低而升高,且在一定的温度下出现了黏度的异常变化现象,其根源是熔体微观结构使然,从熔体微观结构变化的角度进行了分析和深入探讨.试验显示,不同成分的Ga-Sb熔体黏度都随着温度的降低而增大.Ga<,36.5>Sb<,63.5>熔体的黏度曲线中有一个突变点,温度在800℃-830℃之间,将熔体的黏度曲线分为两个温度区间,即低温区和高温区.Ga<,30>Sb<,70>和Ga<,7>8b<,93>熔体基本上没有黏度突变点,变化均匀连续,黏度值均随着温度地降低而有规律地增大.不同成分Ga-Sb的凝固组织形态与熔体黏度大小有关系,熔点附近熔体的黏度越大,得到的凝固组织中占主要地位的相含量就越大,而且分布也比较集中.
在一定范围内,Te的加入增加了Ga<,36.5>Sb<,63.5>熔体的黏度,加入Te元素的含量分别为0.5﹪、1.5﹪和2.5﹪,与在不含Te的GaSb熔体黏度进行了对比试验.与不含Te元素的GaSb熔体黏度相比,当Te量为0.05﹪和1.5﹪时增大了GaSb熔体的黏度,当Te量为2.5﹪时GaSb熔体黏度减小,并且随着Te元素含量的增加GaSb熔体的黏度变小.当GaSb熔体中加入0.5﹪Te时,随着温度的降低黏度不断增大,但是在820℃～850℃之间黏度值发牛突变,瞬间减小,黏度值小到一定值后,又随着温度的降低有规律地增大.当GaSb熔体中加入1.5﹪Te时,熔体的黏度随着温度的降低有规律地增大,黏度曲线上没有突变点出现,其黏度对数和温度倒数之间成直线关系,较好地符合了Arrhenujs公式;当GaSb熔体中加入2.5﹪Te时,随着温度的降低黏度不断增大,但是在800℃～830℃之间黏度值发生突变,瞬间增大,黏度值大到一定值后,又随着温度的降低有规律地增大.同时DSC分析曲线也表明,Ga<,36>,sb<,635>,Te<,0.5>和Ga34Sb6<,3.5>Te<,2.5>两种成分的液相线以上存在着异常变化,在熔点以上各有一个吸热峰出现,与黏度特性变化基本一致.
磁场对Ga-Sb熔体黏度的影响明显,随着磁场强度的增大同一温度下的黏度值也越来越大,并且同一温度梯度下的黏度差也越来越大.本文还研究了在不同磁场强度的条件下,GaSb熔体的黏度随温度的变化规律,用以指导磁场下的晶体生长.磁场强度分别为0.002T、0.045T、0.091T和0.133T,随着温度的降低熔体黏度增大,同时熔体黏度也随着磁场强度的增大而增大.在磁场中GaSb熔体的黏度变化是连续的,基本上符合Arrihenuis公式.