Спосіб отримання монокристалів agxgaxge1-xse2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167)

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб отримання монокристалів AgxGaxGe1-xSe2 (x=0.333; 0.250; 0.200; 0.167) з розплаву, що включає компоновку шихти з простих речовин Ag, Ga, Ge, Se відповідно до стехіометричного складу, синтез її та вирощування монокристалів вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера, при цьому синтез і ріст проводять в одному і тому ж ростовому кварцовому контейнері, який відрізняється тим, що процес вирощування монокристалів проводять при наступних параметрах:

температура в зоні розплаву

1200-1250 Κ

температура в зоні відпалу

750-770 Κ

градієнт температури в зоні кристалізації

3-5 Κ/мм

швидкість росту

0,2-0,4 мм/ год.

час відпалу

200-250 год.

швидкість охолодження

5 Κ/год.

Текст

Реферат: Спосіб отримання монокристалів AgxGaxGe1-xSe2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167) з розплаву включає компоновку шихти з простих речовин Ag, Ga, Ge, Se відповідно до стехіометричного складу, синтез її та вирощування монокристалів вертикальним методом БріджменаСтокбаргера. Синтез і ріст проводять в одному і тому ж ростовому кварцовому контейнері. Процес вирощування монокристалів проводять, при наступних параметрах: 1200-1250 температура в зоні розплаву Κ температура в зоні відпалу 750-770 Κ градієнт температури в зоні 3-5 Κ/мм кристалізації 0,2-0,4 швидкість росту мм/год. 200-250 час відпалу год. швидкість охолодження 5 Κ/год. UA 116899 U (12) UA 116899 U UA 116899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до матеріалознавства, а саме до способу отримання монокристалів, які мають напівпровідникові і нелінійно-оптичні властивості та можуть використовуватись в квантовій електроніці, в конструкціях електронних приладів, оптичних фільтрах, параметричних генераторах світла. Відомий спосіб отримання монокристалів AgGaSe 2 і AgGa1-xInxSe2, в якому полікристалічні зливки синтезовані прямою реакцією з використанням вихідних матеріалів високої чистоти. Елементи зважувалися в стехіометричній кількості і поміщалися у човник з кварцового скла, який потім поміщали в кварцову ампулу. Кварцову ампулу відкачували, запаювали і завантажували в горизонтальну піч гойдання. Ампулу нагрівали зі швидкістю 100 °C/год. до 650 °C, 20 °C/год. до 950 °C, гойдали протягом 24 год. і охолоджували зі швидкістю 300 °C/год. до кімнатної температури. При відсутності розгойдування були отримані неоднорідні вихідні сплави AgGa1-xInxSe2. Ріст AgGaSe2 і AgGa1-xInxSe2 проводили з використанням двозонної прозорої печі, що дозволяло спостерігати затравку і форму зони кристалізації. При утворенні полікристалів зразок повторно розплавляли. Для зменшення леткості компонентів і зменшення напружень, пов'язаних з анізотропним тепловим розширенням, використовували низький аксіальний температурний градієнт. Попередньо синтезований полікристалічний сплав завантажували у човник зі склоподібного вуглецю або бор нітриду, чи графіту, покритого борнітридом. Човник мав конічний канал на одному кінці, який вертикально звужується, і містить орієнтовану затравку. У випадку AgGaSe2 додавали надлишок селену в кількості 1,3 моль. Після завантаження човник був поміщений в кварцову ампулу, яку наповнювали аргоном до тиску 1 атм., запаювали і нагрівали в прозорій двозонній печі. Температури двох зон були скориговані так, щоб створити аксіальний градієнт 2-2.5 °C/см. Плавлення починали в гарячій зоні на задній частині човника, і продовжували, доки не розплавився кінчик затравки. Обидві зони охолоджували одночасно по 0,05-0,25 °C/год., що створювало спрямовану кристалізацію зі швидкістю 0,25-1 мм/год. В процесі росту межа фаз кристал-розплав була злегка увігнутою в бік розплаву для обох сполук. У разі AgGa1-xInxSe2 межа фаз ставала грубою внаслідок переохолодження, що призводило до її розриву, полікристалічності і розтріскування. Тому використовували перемішування вихідного матеріалу в печі гойдання при синтезі і зниження темпів росту нижче 0,5 мм / год. Після повної кристалізації розплаву піч охолоджували до кімнатної температури зі швидкістю 35 °C/год. до кімнатної температури. Отримано кристали AgGaSe2 розміром 19 мм в діаметрі і 140 мм довжиною. Решта кілька сантиметрів характеризуються полікристалічністю і розтріскуванням через появу евтектичних фаз. AgGa 1xInxSe2 мали більше багатофазних областей (до 3-х або 4-х см) наприкінці булі, тому для них охолодження проводилося більш повільно (173 °C/год.). [Peter G. Schunemann, Scott D. Setzler, Thomas M. Pollak Phase-matched crystal growth of AgGaSe2 and AgGa1-xInxSe2 //Journal of Crystal Growth-vol. 211 (2000) - pp.257-264]. Недоліком цього способу є складність і велика кількість технологічних операцій, необхідність використання затравки і інертної атмосфери в процесі росту, незначні втрати летких компонентів, наявність взаємодії поверхні кристала з паровою фазою, розтріскування зразків та отримання блочних кристалів. Відомий також спосіб вирощування монокристалів AgGaSe2, в якому синтез проводили в графітизованій кварцовій ампулі, поміщеній в іншу ампулу, оскільки існувала ймовірність її розтріскування. Режим синтезу був наступний - нагрівання до 650 °C за 4 год., витримка для проходження взаємодії протягом дня, нагрівання до 1000 °C і витримка 24 години, охолодження в режимі виключеної печі. Всі операції проводились при постійному гойданні. Для росту використовували ампулу з верхньою циліндричною частиною діаметром 13-36 мм, нижньою квадратною із стороною 5-6 мм довжиною 25 мм, дві частини були з'єднані перехідником. Для стоку тепла донизу ампули припаювали кварцову трубку діаметром 5-6 мм, довжиною 5 см. У нижню частину ампули поміщали орієнтовану уздовж осі С затравку довжиною 20-30 мм. Синтезований AgGaSe2 подрібнювали в порошок, засипали в ампулу, відкачували її до 10-7 мм.рт.ст. і поміщали в двозонну вертикальну ростову піч з градієнтом температур 25 °C/см. Ампулу витримували в гарячій зоні для часткового розплавлення затравки, опускали вниз зі швидкістю 1 см/добу. Після повної кристалізації охолоджували в режимі виключеної печі. Отримано кристали з орієнтацією як і в затравки [G.W.Iseler. Thermal expansion and seeded bridgman growth of AgGaSe2// Journal of Crystal Growth-vol. 41, issue 1-1977-pp.146-150]. Недоліком цього способу є часткове розтріскування зразків, необхідність використання попередньо орієнтованої затравки. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб вирощування монокристалів AgGaGe5Sei2 з елементарних компонентів Ag, Ga, Ge, Se напівпровідникової чистоти, в якому синтез -5 проводять в кварцових ампулах діаметром 24 мм і довжиною 120 мм, відкачаних до тиску 210 Торр, при цьому наважку стехіометричного складу інгрідієнтів розплавляють в горизонтальній 1 UA 116899 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 печі при температурі до 1200 Κ, а монокристали AgGaGe 5Se12 вирощували методом БріджменаСтокбаргера при температурі плавлення, 713±10 Κ. Середні темпи росту становлять 6-8 мм / день при градієнті температур в печі 6 Κ мм. Температура в печі стабілізувалась з точністю до 0,5 Κ. Отримані монокристали AgGaGe5Se12 більше 60-80 мм в довжину і 22 мм в діаметрі з -4 оптичною однорідністю Δn < 1•10 . Термічний відпал проводять в печі при температурі 900 Κ протягом 30 днів. [V. V. Badikov, A. G. Tyulyupa, G. S. Shevyrdyaeva, and S. G. Sheina, "Solid solutions in the AgGaS2-GeS2 and AgGaSe2-GeSe2 systems, " Inorg. Mater. 1991, vol.27, №2. pp.177-180]. Суттєвим недоліком цього способу є те, що він не дає можливості навіть за ідентичністю переліку технологічних операцій, отримати якісні монокристали Ag xGaxGe1-xSe2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167) через невдало підібрані параметри техпроцесу. Задачею корисної моделі, що заявляється, є отримання великих досконалих монокристалів AgxGaxGe1-xSe2 (х=0,333; 0,250; 0,200; 0,167). Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі вирощування монокристалів, до складу яких входять Ag Ga Ge Se, який включає компоновку шихти з простих речовин Ag, Ga, Ge, Se відповідно до стехіометричного складу, синтез її та вирощування монокристалів вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера, при цьому синтез і ріст проводять в одному і тому ж ростовому кварцовому контейнері; відповідно до запропонованої корисної моделі, процес вирощування монокристалів AgxGaxGei_xSe2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167) проводять при наступних параметрах: температура в зоні розплаву 1200-1250 Κ; температура в зоні відпалу 750-770 Κ; градієнт температури в зоні 3-5 Κ/мм; кристалізації 0,2-0,4 швидкість росту мм/год.; час відпалу 200-250 годин; швидкість охолодження 5 Κ/год. Таким чином, у порівнянні з прототипом, використання в заявленому способі температури зони росту і зони відпалу 1200-1250 Κ і 750-770 Κ, швидкості кристалізації 0,2-0,4 мм/год., градієнта температур в зоні кристалізації 3-5 До / мм дає можливість вирощувати великі досконалі (довжиною до 60 мм, діаметром до 25 мм) монокристали Ag xGaxGe1-xSe2 (х=0,333; 0,250; 0,200; 0,167). Застосування швидкості кристалізації меншої 0,2 мм/год. призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 0,4 мм/год. - до отримання полікристалічної булі і розтріскування зразків. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менше 3 Κ/мм, то проходить недостатнє дифузне перемішування розплаву, а при більшому 5 Κ / мм можливе утворення полікристалів. Якщо час відпалу менше 200 годин, то в кристалі присутні механічні напруги, зменшується оптична неоднорідність, більше 250 годин, збільшується час росту монокристала. Спосіб отримання монокристалів AgxGaxGe1-xSe2 (х=0,333; 0,250; 0,200; 0,167) пояснюється на наступному прикладі проведення технології його отримання. Складали шихту з високочистих елементарних компонентів Ag, Ga, Ge, Se стехіометричного складу. Синтез і ріст були поєднані в одній графітизованій кварцовій ампулі з конусоподібним дном, яку вакуумували і перепаювали. Синтез проводили в однотемпературній печі шахтного типу при температурі 1250 Κ протягом 6 год. Ріст проводили в двозонній печі з постійним температурним профілем. Шихту розплавляли, гомогенізували при 1250 Κ, ампулу переміщали в сторону низьких температур, закристалізовували 4-5 мм розплаву, рекристалізовували його протягом 100 год., оплавляли 2-3 мм затравки, нарощували на неї монокристал при температурах зони росту і зони відпалу 12001250 Κ і 750-770 Κ відповідно; градієнті температур на фронті кристалізації - 3-5 Κ/мм; швидкості росту - 0,2-0,4 мм/год. Відпалювали при 750-770 Κ протягом 250 год., Охолоджували до кімнатної температури зі швидкістю 5 Κ/год. Отримано однорідні монокристали складу AgxGaxGe1-xSe2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167) довжиною 60 мм і діаметром 22 мм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб отримання монокристалів AgxGaxGe1-xSe2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167) з розплаву, що включає компоновку шихти з простих речовин Ag, Ga, Ge, Se відповідно до стехіометричного складу, синтез її та вирощування монокристалів вертикальним методом БріджменаСтокбаргера, при цьому синтез і ріст проводять в одному і тому ж ростовому кварцовому 2 UA 116899 U контейнері, який відрізняється тим, що процес вирощування монокристалів проводять, при наступних параметрах: 1200-1250 температура в зоні розплаву Κ температура в зоні відпалу 750-770 Κ градієнт температури в зоні 3-5 Κ/мм кристалізації 0,2-0,4 швидкість росту мм/год. 200-250 час відпалу год. швидкість охолодження 5 Κ/год. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: C30B 11/00

Мітки: agxgaxge1-xse2, 0,167, спосіб, отримання, 0,250, x=0,333, монокристалів, 0,200

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/5-116899-sposib-otrimannya-monokristaliv-agxgaxge1-xse2-x0333-0250-0200-0167.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб отримання монокристалів agxgaxge1-xse2 (x=0,333; 0,250; 0,200; 0,167)</a>

Подібні патенти