Спосіб отримання монокристалів рbвr1,2і0,8

Реферат: Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів РbВr1,2І0,8 включає складання шихти з розрахованих кількостей очищених багатократним зонним плавленням та направленою кристалізацією на установці, призначеній для реалізації методу Бріджмена-Стокбаргера, бінарних галогенідів, синтез сполуки потрібного складу сплавленням бінарних сполук у вакуумованій і запаяній в кварцовій ампулі в печі шахтного типу, проведенням кристалізації та відпалу з наступним охолодженням до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера, причому синтез і ріст суміщають в одній кварцовій ампулі з конічним дном, при цьому синтез проводять безпосереднім сплавленням галогенідів РbІ2, РbВr2 при температурі 870-890 Κ із швидкістю 30 Κ/год., витримці 6 год., поступовому зниженні температури до кімнатної зі швидкістю 20 Κ/год. UA 115208 U (12) UA 115208 U UA 115208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів отримання монокристалів, що мають напівпровідникові властивості і можуть використовуватися в приладах нелінійної оптики, як детектори іонізуючого випромінювання, датчики температури, іон-селективні електроди. Відомий спосіб отримання монокристалів Тl3РbВr5, в якому стехіометричні кількості порошків високої чистоти ТІВr і РbВr2 змішували і завантажували в кварцову ампулу, сушили у вакуумі при ~ 80 °C протягом 24 годин. Потім температуру поступово збільшували, проводили термічну обробку в атмосфері газу НВr (електронний клас) під тиском 1 атм. Кварцову трубку запаювали під тиском аргону 0,4 атм. і поміщали у вертикальну піч Бріджмена-Стокбаргера з -1 температурним градієнтом в адіабатичній зоні близько 25 °C cм [A. Ferrier • М. Velazquez • J.-L. 3+ Doualan • R. Moncorge Pr -doped Tl3PbBr5: a non-hygroscopic, non-linear and low-energy phonon single crystal for the mid-infrared laser application // Appl. Phys. В (2009) 95. - pp. 287-291]. Недоліком цього способу є те, що він потребує додаткового апаратурного оформлення, зокрема використання газу НВr електронного класу та аргону. Відомий також спосіб отримання монокристалів Тl3РbВr5, в якому Тl3РbВr5 отримували шляхом змішування в стехіометричному співвідношенні відповідних бінарних сполук, які поміщали в кварцову ампулу, що вакуумували і запаювали. Маса шихти становила до 100 г. Вирощування проводили у двозонній печі методом Бріджмена з швидкістю росту від 1 до 3-5 см/добу, при градієнті температури в діапазоні 20-30 Κ/см і швидкості охолодження 5-10 К/год. [N. В. Singh, D. R. Suhre, K. Green, Dr. N. Fernelius and F. K. Hopkins/ Ternary Halides; Novel NLO Compounds for LWIR // Proc. of SPIE Vol. 5912. - p. 591203-1]. Недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали РbВr1,2І0,8 внаслідок розтріскування монокристалів при застосуванні високого градієнту температури (20-30 К/см). Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що пропонується, є спосіб отримання монокристалів ТlРbІ3, в якому ТlI та РbІ2 чистотою >99 % запаюють під вакуумом в ампулах, нагрівають до температури, вищої на 50 °C від температури плавлення ТlРbІ3, далі розплав витримують при цій температурі близько семи годин, періодично добре струшуючи для забезпечення однорідності. Отриманий ТlРbІ3 очищують десять разів методом зонного плавлення (швидкість 8 мм/год.), при цьому для вирощування монокристалів використовують середню частину булі шляхом застосування методу Бріджмена при градієнті температур близько 30 Κ/см та швидкості опускання 1 мм/год. [Surendra Sharma, Norbert Weiden, and Alanch 207 205 Weiss. Pb and TI NMR on Perovskite Type Crystals APbX3 (A=Cs, ТІ, X=Br, I)//Z. Naturforsch. 42a, 1987. - pp. 1313-1320]. Суттєвим недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали РbВr1,2І0,8 внаслідок їх розтріскування через потребу застосування у такій технології високого градієнту температури (близько 30 К/см), а також необхідність перенесення матеріалу із ампули для синтезу в ампулу для росту. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих кристалів РbВr1,2І0,8 шляхом зміни параметрів технологічного процесу. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому способі отримання галогеновмісних монокристалів РbВr1,2І0,8, що включає складання шихти з розрахованих кількостей очищених багатократним зонним плавленням та направленою кристалізацією на установці, призначеній для реалізації методу БріджменаСтокбаргера, бінарних галогенідів, синтез сполуки потрібного складу сплавленням бінарних сполук у вакуумованій і запаяній в кварцовій ампулі в печі шахтного типу, проведенням кристалізації та відпалу з наступним охолодженням до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, згідно з корисною моделлю, що заявляється, синтез і ріст суміщають в одній кварцовій ампулі з конічним дном, при цьому синтез проводять безпосереднім сплавленням галогенідів РbІ2, РbВr2 при температурі 870-890 Κ із швидкістю 30 Κ/год., витримці 6 год., поступовому зниженні температури до кімнатної зі швидкістю 20 К/год. Крім того, очищення бінарних сполук Pbl2, PbBr2 проводять 30-кратним зонним плавленням, а сукупність технологічних параметрів одержання монокристалів РbВr1,2І0,8 вибирають у таких межах: температура в зоні розплаву - 770-790 Κ, температура в зоні відпалу - 470-490 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 1-2 Κ/см, швидкість росту - 0,4-0,6 мм/год., час відпалу - 80-120 годин, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. Таким чином, у порівнянні з прототипом, використання в способі, що заявляється, шихти, складеної з бінарних сполук Pbl2, PbBr2, синтезу та вирощування РbВr1,2І0,8 в ампулі з конічним дном, температури синтезу 870-890 Κ, температури зони росту та зони відпалу 770-790 Κ та 470-490 Κ відповідно, градієнта температури в області кристалізації - 1-2 Κ/см; швидкості кристалізації 0,4-0,6 мм/год., відпалу протягом 80-120 год. дає можливість вирощувати досконалі (довжиною до 50 мм, діаметром до 15 мм) монокристали РbВr1,2І0,8. 1 UA 115208 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Застосування окремих ампул для синтезу та вирощування не доречно, тому що це зумовлює збільшення витрат матеріалу та часу. Якщо температура розплаву при синтезі буде нижчою 870 Κ, то гомогенізація розплаву буде неповною, а при вищій 890 Κ відбудеться підвищення тиску внаслідок леткості галогенідів. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 1 Κ/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 2 Κ/мм розтріскування кристалів. Застосування швидкості кристалізації меншої 0,4 мм/год. призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 0,6 мм/год. - до полікристалічності і розтріскування зразка. Якщо час відпалу менше 80 годин, то в кристалі з'являються механічні напруги, збільшується оптична неоднорідність, а, якщо час відпалу більше 120 годин - збільшується час росту монокристала. Спосіб отримання монокристалів РbВr1,2І0,8 ілюструється на такому прикладі проведення технології його отримання: розраховані кількості попередньо очищених методом зонного плавлення та напрямленої кристалізації бінарних галогенідів Pbl2, PbBr2 сплавляли у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі в печі шахтного типу. Режим синтезу: нагрівання до температури 870-890 Κ із швидкістю 30 Κ/год., витримка 6 год., охолодження до кімнатної температури зі швидкістю 20 Κ/год. Ампулу переносили у двозонну ростову піч із сталим температурним профілем, кристалізували частину розплаву для отримання затравки і витримували його протягом 90-100 год., оплавляли 2-3 мм затравки, нарощували монокристал на затравку при температурі верхньої зони - 770 Κ, нижньої - 470 Κ; градієнті температури в області кристалізації - 1,6 Κ/см; швидкості росту - 0,5 мм/год.; витримці у зоні відпалу протягом 100 год., швидкості охолодження до кімнатної температури близько 4-5 Κ/год. У підсумку проведення усіх технологічних операцій була отримана буля діаметром 15 та довжиною 50 мм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів РbВr1,2І0,8, що включає складання шихти з розрахованих кількостей очищених багатократним зонним плавленням та направленою кристалізацією на установці, призначеній для реалізації методу Бріджмена-Стокбаргера, бінарних галогенідів, синтез сполуки потрібного складу сплавленням бінарних сполук у вакуумованій і запаяній в кварцовій ампулі в печі шахтного типу, проведенням кристалізації та відпалу з наступним охолодженням до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера, який відрізняється тим, що синтез і ріст суміщають в одній кварцовій ампулі з конічним дном, при цьому синтез проводять безпосереднім сплавленням галогенідів РbІ2, РbВr2 при температурі 870-890 Κ із швидкістю 30 Κ/год., витримці 6 год., поступовому зниженні температури до кімнатної зі швидкістю 20 Κ/год. 2. Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів РbВr1,2І0,8 за п. 1, який відрізняється тим, що очищення бінарних сполук РbІ2, РbВr2 проводять 30-кратним зонним плавленням, а сукупність технологічних параметрів одержання монокристалів РbВr1,2І0,8 вибирають у таких межах: температура в зоні розплаву - 770-790 Κ, температура в зоні відпалу - 470-490 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 1-2 Κ/см, швидкість росту – 0,4-0,6 мм/год., час відпалу - 80-120 годин, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2