Способ выращивания монокристаллов тугоплавких оксидов

 

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1658668 А1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPM ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (46) 1;.04. З. Ьк. Л 14 (21) 4702506/26 (22) 11.04.89 (72) Н.П. Катрич, А.Я. Данько. 10,П, Мирошников, В.Е. Качала, Г.Т. Адонкин и А.H.

Калашников

: (56) Авторское свидетельство ЧССР

N 208233, кл. С 30 В 15/00, 1980. (54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ ОКСИДОВ (57) Изобретение относится к способу выращивания монокристаллов тугоплавких оксиИзобретение касается выращивания монокристаллов и может быть использовано для выращивания монокристаллов тугоплавких оксидов из расплавов известными методами. например направленной кристаллизацией расплава в тигле, методом

Чохральского. Степанова, Киропулоса.

Цель изобретения - удешевление и упрощение способа и увеличение выхода годных монокристаллов.

Пример 1. Защитную атмосферу в кристалл иэационной камере создают следующим образом. После откачки камеры форвакуумным насосом до давления 20-30 Па. отЧекают откачку и вводят в камеру 15-20 см этилового (метилового) спирта. затем производят напуск аргона до давления

1000-1500 гПа.

При подьеме температуры пары спирта, начиная с температуры 523 К, диссоциируют на СО и Н2. Таким образом, уже п и столь низких температурах. при KQTopblx еще HB происходит окисленнямолибдена и вольф. рама, атмосфера в кристаллизационнай камере становится резко восстановигельной. (sl)s С 30 В 13/00, 11/00, 15/00, 29/22 дов и позволяет удешевить и упростить способ и увеличить выход годных монокристаллов. В камере, откачанной до 20--30 Па. проводят термическую диссоциацию спирта с выделением Нр и СО. направленную кристаллизацию ведут по давлением 0.1-0,15

МПа в атмосфере следующего состава:

Hz+CO 10-20об.g. пары Н20 неболее5

«10 об, $, аргон — остальное. Получают кри-6 сталлы лейкосапфира беэ инородных включений. 1 табл.

Диссоциация спирта заканчивается при температуре около 623 К. Оптимальный расход спирта составляет 5-10 см на каждые

100 дм объема кристаллизационной каме3 ры.

В этом случае содержание водорода и оксида углерода в защитной атмосфере будет составлять примерно 15-20 . Этого ко-, личества достаточно с небольшим избытком, чтобы связать в пары воды весь присутствующий в камере кислород. Увели-, Ю чение же содержания водорода и оксида О углерода свыше 20;ь нежелательно. так как О приводит к увеличению потребляемой íà- Qg гревателем электрической мощности эа счет высокой теплопроводности водорода.

Введение аргона необходимо для создания избыточного давления в кристаллиэационной камере. Этим устраняется влияние атмосферных течей. которые могут быть дополнительным источником кислорода. Использование атмосферы с давлением более 1500 гПа не дает никаких преимуществ и лишь повышает требования к конструкции кристаллиэационной камгры, 1658668

10

20 скопических пленок

Защитные свойства тазовой атмосферы проявляются следующ11м образом. При подъеме температуры печи кислород, адсорбированный поверхностып экранов L1 нагревателя, частично десорбирует при температурах выше 623 К, а частично окисляет материал этих узлов — вольфрам и молибден. Однако уже при температурах 10001300 К, т.е. при температурах, при которых испарения оксидов этих металлов еще не происходит, они восстанавливаются водородом до металлического вольфрама и молибдена с образованием паров воды, концентрация которых, как установлено экспеоиментально. не должна превышать 3" х 10 мг на 1 дм, Такой концентрации паров

3 добио ются установкой в холодильных местах кристаллизационной камеры тиглей с порошком Р205. интенсивно поглощающим пары воды, либо их вымораживанием с llo мощью жидкого азота.

При таких концентрациях пэров воды массоперенос молибдена и вольфрама практически не происходит. Увеличение же

-5 содержания паров воды (более 3:10 мг нэ

1 дл1 ) приводит к увеличению расхода вольфрама и молибдена и загрязнению кристалла этими примесями.

Аналогично связывается кислород, десорбирооанный с поверхности.экраноо и нагревателя, Дальнейшее пооы1ОЕниЕ тЕМпературы не приводит к каким-либо процессам, способным вызвать мзссоперенос молибдена и вольфрама в зону нагрева.

В процессе плавления оксида алюминия и его кристаллизации при указанных выше давлениях сколько-нибудь заметной реакции между расплэоом и компонентами газовой среды не установлено. Таким образом, проведение кристаллизации о защитной восстановительной а1мосфере

1 состоящей иэ Лг, Иг и СО, в отличие or вакуума или атмосферы инертного газа (аргона) полностью ликвидирует процесс окисления вольфрамовых и молибденовых элементов теплового узла, их мзссоперенос в зону нагрева и загрязнение оксидзми молибдена и вольфрама исходного сь рьч l1, в конечном итоге, выращенного монокристаллз.

Срок службь< элементов теплового узла при этом возрос более чем о 10 раз.

Проведение кристаллизации по указанной выше схеме позволяет также значительно упростить и снизить трудоемкость технологического процесса, тзк кзк образования послекристаллиэациЬнных загрязне- ний не происходит и. всвязи с этим, отпала необходимость прооодить чистку и разборку теплового узла для замены изоляторов под опорами нагревателя. Кроме того, упростилась озкуумная подготовка установки, Высокооакуумный насос иэ комплекта установки может быть исключен. а поскольку откачка форозкуумным насосом осущоствляется только до введения спирта о рабочую камеру(10-15 мин) и в дальнейшем кристаллизация проводится в замкнутом объеме. один форнзсос может обслуживать большое количество устзнооок (до 20 и более).

Наконец, использование защитной атмосферы данного состава позволяет полностью ликвидировать утечки расплава ээ счет проторзния стенок тигля и образование о обьсме кристаллов молибденовых макроЗа счет всех эи:х факторов ттроиэводи., тельность ростового оборудования возрэ- стает примерно в 1,5 раза при одновременном снижении расходных норм оольфрзл1а и молибдена в 3-5 раз.

Данные по примерам 1-10 сведены в таблицу.

<формула изобретения

Способ выращивания монокристаллов тугоплзоких оксидов, включающий направленную кристаллизацию расплава о замкнутом обьеме кристаллизационной камеры о защитной атмосфере. содержащей аргон и оодород,при давлении, превышающем атмосферное, отличающийся тем, что, с целью удешевления и упрощения способа и увеличения выхода годных монокристаллоо, перед кристаллизацией в камере создают давление 20 — 30 Па и проводят в ней термическую диссоциацию спирта с выделенисл1 оодорода и оксида углерода, а кристаллизацию ведут под давлением 0,1-0.15 Mila o атмосФере следующего состава. об. (,: водород и углекислый гаэ 10-20 пары воды - не

6 т с более 5 10 аргон — остальное, 1658668

Состав гаэовоп срелм. об.2

Прлтлва срмэа прооесса л брава ввмгталлов

Воителе гаэогоб ломмм ° ммлрмалмю л от г лнм эллюмллме ° ° рлгрмнл тэаавала греем °

191 а

0,1250 3: IО

Лебормаела ватаева тала 75 ет эа вовеалеева моавос те вагрева, растресаеэавее врестб1тов

Олороалме в гатовмл

Вююмтвнл ра тнмром

1-30 млн ллотм ство м ло 10 см

70 Аг: 30 Явe СО

0 1250 3 ° 10

3аграэвевве вовс таблов 55 болвфрвиом и нолмблв пом, абраэмэаеюе нетвоегг чесэмв плевое м

750

95Ar; 5 б +СО

О, 0900

3»itt

25 м

1, 85Ar; 15

II2 + CO

О, 1600 3 ° 10

dS Ar1 15 III+ CO

S ° t0

dS Ar1 l3 d + СО

О, 1 250

Иассоеерееос эолэбрама л 2$ мвеблева, обрлэоэавла плевое ° армс телла

250

S ° 1О

b0 Ar; 20 Н1 т С0

О, 1000

97

97

91

ВО

Вюотчевла отгреб 4авм е гаэоввюс лтэжьвов ратмтром 1-5 мвм с плотлостъо Ао 10 см,, ;э

1О м

Спабюа1 масгоееревос

° олтбрама л моллбдела требратсэ есеолвэорааеа более слоавмв сествм отвечал, что тевеопогечосаю ° эаоееечесве ве обосровало1

Составитель Н.Пономарева

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.Демчик

Редактор Л.Лешкова

Заказ 1968 Тираж Подписное

ВНИИ

ИПИ I осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

90 hr; 10

b$ лв1 15

b5 Arj l5

b5 ill I5 (I5 СО

II ° + C0

В,+СО

Вс+ СО

О, 1500

О, 1250

О,t2SO

0,1250 " асрвалм ов во аэово лел

3 ° Ill

5 10

3 10л

3 ° foë

30 l0л

Обраэоваща атъюосберема AS тачал, овлслем1е погрела тела а варавва, эаэрвэаелое врлсталло ° волвбрамо» м юлмгалном

Раэгерматеэволл врастал 75 лмэаелов1вав самар по ре эмвомал тллгте талам, reenoeeepe распела аргола

1ОООО

t 0000

7500

Клороавте в рбэоаЬв лвлюмемчл равнгроэ1.Г

1-30 мвд иброствр ао 10 см

Ввее, б Вар рбл воеае алтечасвмн1 ма гоааэег ° огсттсе в rlpr