Способ получения щелочногалоидных монокристаллов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕПОЧНОГАЛОИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ, включающий вертикальную направленную кристаллизацию путем перемещения ампулы с конусообразным дном через охлаждаемую диафрагму при выращивании цилиндрической чжти«фисталла из расплава, перетретого на 100-200 С выше температуры кристаллизации, отличающийся тем, что, с целью тжышения качества К1жсталлов за счет стабилизации положения фронти кристаллизации , расплав сначала перегревают на 10-30°С выше температуры кристаллизации и ведут кристаллизацию в конусно(| част ампулы со скоростью Vi в течение враи|ени t определяемого из соотношения: . Ьк+На+Нт Vi затем скорость перемещения ампулы устанавливают , равной V2, и перегрев расплава увеличивают со скоростью Уз, рассчитанной по формуле: ДТ2-ДТ1 3ц , П X П г где Ьк - высота конуса данной части ампулы, мм: hd-высота да1афрагмы, мм; hr- расстояние от верхнего среза диафрагмы до положения изотермы, соответствующей температуре плавления кристаллизуемого вещества , при высокотемпературном режиме, W4( У1 - допустимая скорость перемещения ампулы при низкотемпературном режиме камеры плавления, 1,5-2 мм/ч; ATt - перегрев расплава при низкотемпературном режиме, °С; А Та - перегрев расплава при высокотемпературном режиме, °С; hx - расстояние от верхнего среза диафрагмы до положения изотермы, соответствующей О температуре плавления кристаллизуемого вего о щества, при низкотемпературном режиме, мм: V2 - допустимая скорость перемещения ампулы при высокотемпературном режиме, 3-4 мм/ч; о УЗ-скорость увеличения перегрева расплава от низкотемпературного режима к высокотемпературному , °С/ч.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) f p

Г

0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Лт2 ЛТ1

Чз Ч2

hx — hr

hg+hd+hY

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3347441/26 (22) 17.07.81 (46) 15.03.93. Бюл, ЬЬ 10 (72) Ю;М.Карпов, В.P.Ëþ0èícêèé и

Н,Н,Смирнов (S6) Р.Stockbarger. The production of

1эг9е single crystals, Rev. Scl, Instrum, 1936, 7, 3, 133- l36.

Степанов И.В;, Васильева M.À., Шефталь Н.H. Сб. Рост кристаллов. М., 1961, 3. с.239-243. (54) (57) СПОСОБ. ПОЛУЧЕНИЯ ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЬ1Х МОН(ЖРЙСГАЛЛОВ, включающий вертикальную направленную кристаллизацию путем перемещения ампулы с конусообразным дном через охлаждаемую диафрагму при выращивании цилиндрической части-кристалла из расплава, перегретого на 100-200 С выше температуры кристэллизэции, о т л и ч э ю щ и Й с я teM, что, с целью повый3ения качества кристаллов за счет стабилизации положения фронта кристаллизации, расплав сначала перегревают на 16-30©С выше температуры кристаллизации и ведуг кристаллизацию в конусном части ампулы со скоростью Ч1 в течение времени т, определяемого из соотношения; затем скорость перемещения ампулы уста-. навливают, равной Vz, и перегрев расплава

Изобретение относится к получению кристаллов, в частности к способам выращивания монокристаллов методом направленной кристаллизации в ампуле. Ы 1029649 А1 (505 С 1/В 11/02, С 30 В 29/12 увеличивают со скоростью Чз, рассчитанной по формуле: где йк- высота конуса данной части ампулы, мм;

hd- высота диафрагмы, мм;

hr- расстояние от верхнего среза диафрагмы до положения изотермы, соответствующей температуре плавления кристаллизуемого вещества, при высокотемпературном режиме, мм;

Ч1 — допустимая скорость перемещения ампулы при низкотемпературном режиме камеры плавления, 1,5-2 мм/ч;

ЬТ1 — перегрев расплава при низкотемпературном режиме, С;

Ь T2 — перегрев расплава при высокотемпературном режиме, С;

Ьх-расстояние от верхнегосрезадиафрагмы до положения изотермы, соответствующей температуре плавления кристэллизуемого вещества, при низкотемперэтурном режиме, мм;

Vz — допустимая скорость перемещения ампулы при высокотемпературном режиме, 3-4 мм/ч;

Чз-скорость увеличения перегрева расплава от низкотемпературного режима к высокотемперэтурному, С/ч.

Цель изобретения является повышение качества кристаллов за счет стабилизации положения фронта кристаллизации.

1029649

На фиг.1 показано схематическое изображение ампулы (1) в ростовой печи относительно охлаждаемой диафрагмы (2); на фиг.2 — график распределения температуры по оси печи при низкотемпературном режиме а; — график распределения температуры по оси печи при высокотемпературном режиме, б; — график распределения температуры при высокотемпературном режиме вдоль вертикальной линии, проходящей в непосредственной близости от внутренней цилиндрической поверхности диафрагмы, в, Способ выращивания кристаллов осуществляют следующим образом, Перед проведением выращивания составляется программа, для чего проводят определение всех необходимых для ее составления величин: h<, h„, hg, hð, Ч1, Ч2, ЛТ1, ЛТ2, 1 и V3.

Величины V$ = 1,5 — 2 MM/÷ и V2 = 3 — 4 мм/ч указаны выше.

Величины h< и hd определяются конструкцией ампулы и установки для выращивания.

Величина АТ> устанавливается любая в пределах 10 — ЗОО.

Величина hx определяется путем градуировки ростовой печи.

Величины йг и ЛТг определяются путем подбора такого значения величины ЛТ2, при котором при градуировке ростовой печи по оси и вдоль вертикальной линии, проходящей в непосредственной близости от внутренней цилиндрической поверхности диафрагмы и построении обоих графиков распределения температуры на одной координатной сетке, температура кристаллизации будет соответствовать точке пересечения этих графиков, что указывает на плоский характер формы фронта кристаллизации.

Определив величины Ь», hd, hr, h<, ЛТ1, ЛТ2 и зная величины Ч1 и Ч2, рассчитывают значения t и Чз.

В. ростовую печь, в которой перегрев камеры плавления равен величине bV>, помещают ампулу с расплавом таким образом, чтобы ее дно находилось на расстоянии йх от диафрагмы. Устанавливают скорость перемещения V>. Включают механизм перемещения и в течение времени т опускают ампулу со скоростью Ч1, Так как расплав в ампуле перегрет незначительно, кристаллизация его начинается в момент пересечения конусным дном ампулы изотермы кристаллизации, Фронт кристаллизации осуществляется выше верхнего среза охлаждаемой диафрагмы при отводе тепла от фронта крибильное положение фронта кристаллизации в процессе последующего роста кристалла из сильно перегретого расплава.

После этого скорость опускания ампулы и температуру камеры плавления поддерживают постоянной до окончания процесса выращивания. При этом скорость кристаллизации соответствует скорости перемещения ампулы, а фронт кристаллизации находится на одном. уровне, соответствующем положению иэотермы кристаллизации.

Таким образом, в предложенном способе реализуются два уровня стабильного положения фронта кристаллизации, переход

40 между которыми осуществляетСя контролируемо, без кристаллизации расплава, и тем самым исключаются неконтролируемые пе45 ремещения фронта кристаллизации, и в частности возможность кристаллизации на начальной стадии процесса со скоростью, превышающей скорость перемещения ампулы.

ГЛ

-0 Пример. Ампулу с расплавом йодистого натрия (загрузка соли 11,2 кг), активированного таллием, диаметром 100 мм помещают в ростовую установку с охлаждаемой диафрагмой, в которой перегрев камеры плавления составлял hTI = 20О, на высоту hx = 50 мм, определенную при гра55 дуировке установки, Высота конуса ампулы составляет h

50 мм. сталлизации преимущественно в осевом направлении. Скорость кристаллизации совпадает со скоростью опускания ампулы, так как кристалл достаточно удален от диафрагмы и удельный поток тепла от фронта кристаллизации в процессе опускания ампулы меняется незначительно, Положение фронта кристаллизации на этой стадии со"0 ответствует положению изотермы кристаллизации при ниэкотемпературном режиме и не меняется во времени.

Затем устанавливают скорость перемещения Ч2 и одновременно начинают повышать температуру перегрева камеры плавления до величины ЛТ2 со скоростью

VB. На данной стадии расплав не кристал- лизуется, хотя скорость перемещения ампулы и увеличивается, а происходит опускание

20 фронта кристаллизации с той же скоростью, что и скорость перемещения ампулы.

К моменту окончания процесса повышения температуры цилиндрическая часть ампулы с расплавом опускается в отверстие охлаждаемой диафрагмы, в результате чего создаются условия, обеспечивающие ста1029649

50+10+20 53

1,5

Ч вЂ” 120 20 7 =10О/ч

50 — 10

Выход годных изделий для кристаллов йодистого натрия, активированных таллием, составляет 80 ) (по прототипу 60 ). д7иг. Я

Составитель Ю.Карпов

Редактор Л.Письман Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А.Козориз

Заказ 1958 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Высота охлаждаемой диафрагмы Ьд в установке составляет 20 мм.

Перед выращиванием при градуировке определены величины ATz = 120 Ñ, hr = 10 мм и рассчитаны величины t и Чз. 5

Устанавливают скорость перемещения

1,5 мм/ч и с этой скоростью опускают ампу- 15 лу в течение 53 ч, затем устанавливают скорость перемещения 4 мм/ч и начинают повышение температуры перегрева по

10 С/ч до 120 С. т.е. в течение 10 ч. После этого подъем температуры прекращают и продолжают перемещать ампулу с постоянной скоростью 4 мм/ч до окончания повысилось (от конуса идет один блок. плотность дислокаций 6,25 104 см ), Получены кристаллы диаметром 100 мм и длиной 400 мм(разориентация блоков 4060 ).

Таким образом, предлагаемое решение по сравнению с прототипом обеспечивает уменьшение плотности дислокаций в 10 раз и разориентации блоков в 6 — 9 раэ.