Спосіб отримання монокристалів cdga2se4 з розчину-розплаву

Спосіб отримання монокристалів CdGa2Se4 з розчину-розплаву, що включає складання шихти з елементарних компонентів Cd, Ge, Se, Sb, синтез сплаву, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера, який відрізняється тим, що склад шихти вибирають з поля первинної кристалізації 3 кування внутрішньої ампули внаслідок наявності у сполуки фазового перетворення CdGa2Se4, a головне - неможливість отримання монокристалів великого розміру. Завданням, на вирішення якого спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих монокристалів CdGa2Se4. Поставлене завдання вирішується таким чином. У відомому способі отримання монокристалів CdGa2Se4 з розчину-розплаву, що включає складання шихти із елементарних компонентів Cd, Ge, Se, Sb, синтез сплаву, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, згідно з корисною моделлю, що пропонується, склад шихти вибирають з поля первинної кристалізації низькотемпературної модифікації тетрарної сполуки в системі CdGa2Se4-Sb2Se3, що нижче фазового перетворення і складає близько 50 мол.% Sb2Se3 і 50 мол.% CdGa2Se4, попередньо проводять синтез сплаву при 1273К протягом 6 год., його подрібнення до порошкоподібного стану, перевантаження шихти в ростову ампулу, отримання з неї гомогенного розплаву при 1260К, кристалізацію частини розплаву і витримування його протягом 100 год. для одержання затравки кристалу, оплавлення початку затравки, нарощування монокристалу на затравку при градієнті температур в області кристалізації 2-3К/мм, при температурах верхньої та нижньої зони 1273К та 870-900К відповідно, швидкості росту - 4-6мм/добу, ізотемпературному відпалі протягом 100 год., швидкості охолодження до кімнатної температури 5К/год. Система CdGa2Se4-Sb2Se3 є квазібінарною, евтектичного типу (Фіг.1). Ліквідус складається із трьох полів первинної кристалізації фаз: високо(ВТ) та низькотемпературної (НТ) модифікацій CdGa2Se4 та Sb2Se3. Координати евтектичної точки - 88 мол.% Sb2Se3 при 835К. Нонваріантна горизонталь при 1087К відповідає фазовому перетворенню CdGa2Se4. Експериментально встановлено, що тверді розчини на основі компонентів перерізів є меншими 2 мол. %. Додавання Sb2Se3 значно понижує температуру плавлення проміжних сплавів, що є причиною наявності на ній поля первинної кристалізації НТ-модифікації тернарної сполуки. Таким чином, в порівнянні з прототипом, використання в способі, що пропонується, нестехіометричного складу шихти, що відповідає області первинної кристалізації НТ-модифікації CdGa2Se4 в системі CdGa2Se4-Sb2Se3 і становить 50 мол.% CdGa2Se4 та 50 мол.% Sb2Se3, швидкості кристалізації не вище 6мм/добу, градієнта температур в зоні кристалізації 2-3К/мм дає можливість вирощувати великі досконалі (довжиною до 20мм, діаметром до 15мм) монокристали CdGa2Se4. Оскільки CdGa2Se4 володіє фазовим переходом, наявність якого утруднює одержання її моно 43929 4 кристалів із стехіометричного складу, то склад шихти вибирається з поля первинної кристалізації НТ-модифікації CdGa2Se4 в системі CdGa2Se4Sb2Se3 і становить 50 мол.% CdGa2Se4 та 50 мол.% Sb2Se3. Якщо склад шихти буде стехіометричним, то внаслідок фазового перетворення відбудеться розтріскування кристалів і отримання полікристалічних зразків. Застосування швидкості кристалізації меншої 4мм/доба приведе до збільшення часу вирощування, а більшої 6мм/добу - до вклинювання між монокристалічними блоками евтектики, що, очевидно, пов'язане із високою в'язкістю розплаву та повільним вирівнюванням концентрацій компонентів в розплаві. Різниця між температурами зони розплаву і зони відпалу визначає градієнт температури в зоні кристалізації. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 12К/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 35К/мм можливе утворення полікристалів. Спосіб отримання монокристалів CdGa2Se4 з рочину-розплаву можна проілюструвати на такому прикладі. Для синтезу використовували шихту складу 50 мол.% CdGa2Se4 та 50 мол.% Sb2Se3. Синтез проводили в однотемпературній печі шахтного типу при температурі 1273К протягом 10 год. Синтезований сплав подрібнювали до порошкоподібного стану, засипали в графітизований кварцовий контейнер із конусоподібним дном, який вакуумували, перепаювали і розміщували у виведеній на режим росту двозонній печі із сталим температурним профілем. Шихту розплавляли, ампулу переміщували в сторону низьких температур, щоб спонтанно закристалізувати 4-5мм розплаву. Затравку відпалювали протягом 100 год при цьому ж розміщенні ростового контейнера, потім контейнер піднімали на 2мм для оплавлення затравки і проводили нарощування затравки шляхом переміщення контейнера. Монокристали вирощували методом Бріджмена-Стокбаргера при наступних технологічних умовах: температури верхньої та нижньої зони 1273К та 870-900К відповідно; градієнт температур на фронті кристалізації - 2-3К/мм; швидкість росту - 4-6мм/добу. Відпал проводили протягом 100 год., охолоджували до кімнатної температури із швидкістю 5К/год. Одержана буля складалася із двох частин. Нижня (конусна) представляла собою монокристал тернарної фази CdGa2Se4, а верхня евтектику (HT-CdGa2Se4+Sb2Se3). Довжина монокристалічної частини 20мм в залежності від діаметру контейнера та гостроти його конуса. Таким чином, завдяки використанню Sb2Se3 як розчинника показано можливість отримання великих досконалих кристалів сполуки CdGa2Se4, що володіє фазовим переходом, наявність якого утруднює одержання її монокристалів із стехіометричного складу. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 43929 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601