تتلخص طرق إنماء البلورات من مصهور المواد الصلبة في ما يلي:

1- تبريد المصهور وذلك بخفض درجة حرارة فرن الصهر بشكل تدريجي منتظم.

2- غمس البذرة (النواة) الباردة داخل المصهور.

3- تبريد قاع بوتقة الصهر فيبدأ الإنماء من أسفل لأعلى وقد تعدل هذه الطريقة بوضع بذرة بلورية داخل البوتقة.

4- إدخال المادة الصلبة المحتواة داخل أنبوبة زجاجية مقفلة في حيز به ميل حراري (انظر طريقة بريدچمان).

5- سحب البلورة المتكونة على البذرة أو النواة الباردة ببطء (انظر طريقة تشوخرالسكي).

ونقدم فيما يأتي وصفا لأشهر طريقتين لإنماء البلورات من المصهور.

1- طريقة بريدجمان

لعل من أبسط طرق إنماء البلورات من المصهور، تلك التي تتلخص في تسخين المادة إلى درجة حرارة فوق درجة انصهارها؛ ثم ترك المصهور ليبرد، ثم حصر عملية تكون نواة الإنماء في موقع محدد حيث تنطلق حبيبة واحدة من خلف السطح البيني للسائل والصلب. وعندما يتم مسح السطح البيني بأكمله فإن بلورة أحادية تظهر إلى حيز الوجود وهذا هو أساس طريقة بريدجمان وإن كان هناك أسلوبان لتنفيذها، وهما:

• النمو الرأسي

ويتم فيه إنماء البلورة إما بخفض البوتقة المحتوية على المادة المنصهرة أو بتحريك المصدر الحرارى (الفرن)، أو بالخفض المستمر لدرجة حرارة الفرن حتى تأخذ المادة المنصهرة في التجمد بدءا من الطرف السفلي للبوتقة.

وتتيح طريقة بريدجمان الحصول على بلورات ذات أحجام مختلفة، بداية من سيقان رفيعة إلى قضبان يصل قطرها إلى عدة سنتيمترات.

ويوضح الشكل (1-19) بوتقة بريدچمان وهي أنبوبة ذات مقطع مستعرض دائري ولها طرف مدبب مغلق ليساعد على تكون نواة النمو.

شكل (1-19)

بوتقة بريدجمان ذات الطرف المدبب

كما يمكن تطبيق أسلوب بريدجمان لإنماء بلورات لها شكل غير أسطواني؛ حيث أمكن الحصول على بلورات ذات مقطع مربع وبلورات كروية وغيرها. ويعتمد الأسلوب السائد على حركة البوتقة أو الفرن بدلا من برمجة التحكم في درجات الحرارة. وهناك أيضا التسخين باستخدام ملف حثي بدلا من الفرن التقليدي، بحيث يمكن تحريك البوتقة داخل الملف بدلا من رفع الملف نفسه والذي يسرى فـيـه تيار كهربائي مرتفع التردد (انظر الشكل 1-20).

شكل (1-20)

جهاز بریدجمان ذو التسخين الحثي

• النمو الأفقي

من البدائل المتبعة في تقنية إنماء البلورات بطريقة بريدجمان الأساسية أن يتم وضع البوتقة والمصدر الحراري بحيث يكونان في مستوى أفقي وعندئذ يصبح متاحا إما تحريك البوتقة أو تحريك المصدر الحراري أو برمجة مصدر الطاقة الكهربائية لتوفير الميل الحراري المطلوب.

وكما هو الحال في النمو الرأسي فإن من المعتاد تحريك الفرن إذا كان التسخين يتم بطريقة المقاومة الكهربائية، وتحريك البوتقة أو القارب عند استعمال التسخين الحثي. وتنجح هذه الطريقة في إنماء بلورات المواد ذات درجات الانصهار المنخفضة. ويفتقر تركيب البلورات النامية بواسطة الطريقة الأفقية إلى الجودة العالية حيث يزيد السطح الكبير المكشوف من فرصة التلوث من الجو المحيط بالمصهور وكذلك يزيد من فرص تبخر مادة المصهور.

2- طريقة تشوخرالسكي Czochralsky Method

تتفق هذه الطريقة مع طريقة بريدجمان في أن المادة تصهر في البداية وبدلا من إنزال المصهور من خلال السطح البيني سائل / صلب فإن المادة المنصهرة يتم سحبها رأسيا إلى أعلى من خلال ذلك السطح البيني؛ ولذلك يطلق على هذه الطريقة أحيانا مصطلح سحب البلورة. ويصور (الشكل 1-21) هذه التقنية حيث يتم إنزال بذرة النمو رأسيا لتلاقى المادة المنصهرة داخل البوتقة إلى أن ينصهر الجزء السفلى من البذرة، وعند التأكد من حدوث التلامس بين البذرة والمصهور فإن البذرة ترفع ببطء إلى أعلى ليبدأ تكون البلورة.

شكل (1-21)

تقنية «تشوخرالسكي» لإنماء البلورات بطريقة سحبها من المصهور

وتتميز هذه الطريقة بأن السطح البيني لا يلامس البوتقة، وعلى الرغم من أن الأخيرة تحتوي على المادة المنصهرة، إلا أنها لا تستخدم كقالب، كما أن البلورة النامية تكون على درجة عالية من الجودة. وقد أمكن إنماء بلورات خالية تقريبا من العيوب البلورية الشائعة عند اتباع هذا الأسلوب ومن بين تلك البلورات النحاس والألومنيوم والجرمانيوم والسليكون. ويتوقف قطر البلورة النامية على درجة حرارة المصهور ومعدل سحب البلورة، حيث يقل قطر البلورة عندما يرتفع معدل سحبها من المصهور. كما يقل إذا ارتفعت درجة حرارة المصهور وقد يصاحب عملية السحب دوران كامل للبذرة مما يساعد على تقليب المصهور مما يضمن التجانس المستمر.

3- الإنماء من المصهور دون استخدام وعاء

تستند هذه التقنية على الأسلوب المتبع في تنقية البلورات والمعروف بالتنقية النطاقية أو التكرير النطاقي Zone Refining ويعتمد هذا الأسلوب على التباين في ذوبانية المادة المذابة في الطورين الصلب والسائل للمذيب بحيث تؤدي في النهاية إلى عملية التنقية. ويتم في هذه العملية صهر جزء من المادة في منطقة محددة ثم تحريك المنطقة السائلة عبر قضيب من المادة المراد تنقيتها وتنطوي هذه الطريقة على وجود سطحين بينيين (شكل 1-22).

شكل (1-22) تقنية التنقية (التكرير) النطاقية

وقد أمكن تطبيق هذا الأسلوب لإنماء بلورات نقية وخاصة للفلزات التي لها درجات انصهار مرتفعة وكذلك بعض السبائك.