Mecanismo de evapora¸c˜ao-transporte-deposi¸c˜ao

Vimos no cap´ıtulo anterior que os ´atomos de boro se difundem para o interior da amostra entre os 1000o_{C e os 1200}o_{C. Acima destas temperaturas j´a todo o ´oxido de boro se}

evaporou, interrompendo o processo de difus˜ao. A evapora¸c˜ao de ´oxido de boro ocorre na vizinhan¸ca da zona fundida. Nesta regi˜ao as correntes de convec¸c˜ao s˜ao muito elevadas e tendem a transportar o ´oxido de boro para cima. A desloca¸c˜ao de ´oxido de boro de cima para baixo ´e muito menos prov´avel, mas pode ocorrer em algumas zonas do forno.

Uma parte do ´oxido de boro transportado pelas correntes de convec¸c˜ao volta a depositar- -se na superf´ıcie da amostra podendo ser incorporado. A deposi¸c˜ao do ´oxido de boro gasoso na amostra pode ocorrer numa zona s´olida, ou directamente na zona fundida. A difusibilidade do boro no sil´ıcio l´ıquido[77] ´e de Dl = 1.2 × 10−4cm2/s, isto ´e sete or-

dens de grandeza superior `a difusibilidade no sil´ıcio s´olido `a temperatura de fus˜ao; para al´em disto, existem no l´ıquido fortes correntes convectivas, que ampliam ainda mais este efeito, pelo que a incorpora¸c˜ao de boro no sil´ıcio l´ıquido ´e muito eficaz. Consideramos portanto que o ´oxido de boro que se deposita no sil´ıcio l´ıquido ´e totalmente incorporado na amostra. Se a deposi¸c˜ao de ´oxido de boro ocorrer no sil´ıcio s´olido repete-se o mecanismo de evapora¸c˜ao-difus˜ao descrito na sec¸c˜ao 3.1, sendo uma parte do boro incorporada e a outra evaporada na forma de ´oxido de boro que ´e transportado de novo pelas correntes de convec¸c˜ao.

Ao processo que consiste na evapora¸c˜ao do ´oxido de boro, transporte de ´oxido de boro gasoso pelas correntes de convec¸c˜ao, e `a sua nova deposi¸c˜ao na superf´ıcie da amostra, onde ser´a parcialmente incorporado, denominamos de mecanismo de evapora¸c˜ao-transporte- deposi¸c˜ao (ETD). Este mecanismo ´e respons´avel pela incorpora¸c˜ao de uma parte im- portante do boro na amostra e a sua eficiˆencia ´e fortemente dependente das condi¸c˜oes experimentais.

Embora as simula¸c˜oes num´ericas tenham mostrado que variando o fluxo de ´argon entre 1 e 3 l/min n˜ao se verificam varia¸c˜oes significativas nas distribui¸c˜oes de tempe- ratura e velocidade do g´as no interior do forno, a eficiˆencia do mecanismo ETD diminui quando aumentamos o fluxo de ´argon. Este efeito pode ser compreendido considerando que quando aumentamos o fluxo de ´argon aumentamos tamb´em a taxa de renova¸c˜ao da

atmosfera do forno, reduzindo deste modo o tempo de permanˆencia do ´oxido de boro na atmosfera do forno e diminuindo a probabilidade do ´oxido de boro se voltar a depositar na amostra.

O sentido da recristaliza¸c˜ao ´e um parˆametro cr´ıtico para a distribui¸c˜ao da incorpora¸c˜ao ao longo da amostra. Numa amostra recristalizada de baixo para cima (amostra a descer, zona fundida a subir) o ´oxido de boro gasoso tem tendˆencia a depositar-se numa parte da amostra onde ainda n˜ao ocorreu fus˜ao, de modo que quando ocorre a fus˜ao uma parte importante do boro, que se depositou na forma de ´oxido de boro, ´e incorporada no sil´ıcio l´ıquido. Numa amostra recristalizada de cima para baixo (amostra a subir, zona fundida a descer) o ´oxido de boro gasoso deposita-se preferencialmente numa parte da amostra onde a zona fundida j´a passou e que j´a est´a em arrefecimento; nesta situa¸c˜ao o maior parte do boro depositado atrav´es deste mecanismo, permanecer´a `a superf´ıcie sendo removido pela limpeza em HF efectuada ap´os a recristaliza¸c˜ao. Por outro lado, dado que a evapora¸c˜ao de ´oxido de boro da amostra ocorre alguns mil´ımetros antes da passagem da zona fundida, nas amostras recristalizadas de cima para baixo a probabilidade de o ´oxido de boro evaporado se depositar na zona fundida ´e maior do que para amostras recristalizadas de baixo para cima, visto que nas recristaliza¸c˜oes de cima para baixo o ´oxido de boro evapora-se da amostra abaixo da zona fundida, enquanto que nas recristaliza¸c˜oes de baixo para cima o ´oxido de boro se evapora da amostra acima da zona fundida, sendo que depois de se evaporar o ´oxido de boro se desloca preferencialmente para cima (Figura 3.8).

Dado que, como vimos no cap´ıtulo anterior, a frac¸c˜ao de boro incorporada em amostras Silso recristalizadas de baixo para cima ´e maior do que para amostras recristalizadas de cima para baixo, conclu´ımos que para as amostras Silso o mecanismo de ETD ´e mais eficiente para recristaliza¸c˜oes de baixo para cima do que para recristaliza¸c˜oes de cima para baixo.

A probabilidade de um ´atomo de boro depositado na amostra ser incorporado ´e tanto maior quanto mais pr´oximo este se encontrar da zona fundida, e quanto menor for o tempo decorrido entre a sua evapora¸c˜ao e o surgimento da zona fundida. Por isso a eficiˆencia do mecanismo de evapora¸c˜ao-transporte-deposi¸c˜ao depende fortemente da distˆancia `a zona fundida a que ocorre a evapora¸c˜ao de ´oxido de boro. Quando foi analisado o processo

de evapora¸c˜ao de ´oxido de boro na subsec¸c˜ao 3.1.2, verificou-se que para velocidades de recristaliza¸c˜ao superiores, o ´oxido de boro tende a evaporar-se mais pr´oximo da zona fundida e que num dado ponto da amostra o tempo decorrido entre a evapora¸c˜ao de ´oxido de boro e o surgimento da zona fundida diminui quando se aumenta a velocidade (Tabela 3.2). Podemos por isso concluir que a eficiˆencia do mecanismo de ETD aumenta quando se aumenta a velocidade de recristaliza¸c˜ao, este assunto ser´a discutido em detalhe na subsec¸c˜ao 3.2.4.