Способ выращивания монокристаллов сегнетоэлектриков из раствора
Использование: для получения пьезоэлектрических , пироэлектрических, длектрооптических кристаллов с высокими внутренними полями. Сущность изобретения: кристаллы выращивают из раствора при наложении низкочастотных колебаний. амплитуду которых изменяют по пилообразному закону, а период колебаний не превышает средних размеров доменов. Коэффициент униполярное™ полученных кристаллов увеличен на 20-40%, весовой прирост составил 1.5-2 г, а плотность дислокаций уменьшилась. 4 ил.
«
«дф Ф «ц»
4; сок3з со«3«-тских
СОЦИЛЛИС ГИ 1ЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
f3EQOMCTBO СССР (ГОС 1ATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882364/26 (22) 16. 11,90 (46) 07.05.93. Бюл. ¹ 17 (71) Витебское отделение Института физики твердого тела и полупроводников АН БССР (72) В.В,Михневич, И,cD.Кашевич, И.А.Цыбин и В,Н,Шут (56) Клубович В,В. и др. Исследование влияния низкочастотных вибраций на процесс роста кристаллов сегнетовой соли;Кристаллография, 1984, 29, № 4, с.822-824, Изобретение относится к способам выращивания монокристаллов сегнетоэлектриков из раствора и может быть использовано для получения пьезоэлектрических, пироэлектрических, электротехнических кристаллов с высокими внутренними полями. Целью изобретения является повышение пирокоэффициента и поляризации за счет увеличения коэффициента униполярности. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе выращивания монокристаллов сегнетоэлектриков из раствора при воздействии на него низкочастотных колебаний амплитуду колебаний изменяют по пилообразному закону, а период колебаний не превышает средних размеров доменов. Известно, что скорость вхождения примеси в кристалл из кристаллизуемой жидкости во время его роста зависит от многих „„, 50 „,. ) 813816 А1 (54) СПОСОБ ВЫРА(ЦИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ СЕГI1Б ГОЗЛБКТРИКОВ ИЗ РАСТВОРА (57) Использование: для получения пьезоэлектричесKèх, пироэлектрических, электрооптических кристаллов с высокими внутренними полями. Сущность изобретения: кристаллы выращивают из раствора при наложении низкочастотных колебаний. амплитуду которых изменяют по пилообразному закону, а период колебаний не превышает средних размеров доменов. Коэффициент униполярности получен н ы х кристаллов увеличен на 20-40%, весовой прирост составил 1.5-2 г, а плотность дислокаций уменьшилась. 4 ил. факторов, в том числе и от скорости роста кристалла, Скорость роста кристалла под действием низкочастогных колебаний, ампI литуда которых изменяется Во времени. будет изменяться аналогично изменениям 1 амплитуды колебаний, следовательно, бу- (» дет меняться и скорость вхождения приме- р» си в кристалл, т,е. примесь в растущий кристалл будет входить неравномерно. При изменении амплитуды накладываемых колебаний по пилообразному закону (фиг,1) в кристалле создаются слои с градиентом вводимой примеси, т.е, концентрация примеси в слоях будет также изменяться по пилообразному закону (фиг,2). Градиент примеси в слое кристалла создает внутреннее поле, направленное вдоль градиента. Это внутреннее поле будет оказывать поляризующее действие на формирующуюся доменную структуру рас1ущего к,"нсталла, домены будут закрепляться в одном HаправЗаявляемый способ выращивания мо-. нохристаллов сегнетоэлектриког. из раствора можно Осу!цествить с помо!1!ь!о устройства, блок-схема которого изображе- З0 IIa на фиг.4, устройство copep?I(1sT кристаллизатор 1, помещенный в термостат 2, снабженной крышкой 3, с кристалл одержателем 4, жестка соединенными с вибратором 5, генера- 85 тор пил ообраз!IОГО напря?1(оиия 6, генератор низких.частот 7, персмножитель 8, усилитель низких частот 9. Время изменения амплитуды колебаний задается таймером 30„40 Способ выращивания мо1!Окристаллов ССГНЕтОЗЛОКтРИКОВ ИЗ РастВОРа ОСУЩЕСтВЛЯfoT следующим Образом. Б кр!!сталлиэятор залива!От кристаллизуемую жидкость, добавляют в нее примесь, влияющу!о на создание униполярности в кристалле, кристаллодержатель с затравкой помещают в жидкость, включа!От вибратор, предварительно задав частоту, максимальную и минимальную амплитуду колебаний и 50 время изменения амплитуды, которое опрсде!1я!От путем деления среднего характерного размера домена выра!циваемого кристалла на скорость роста, соответствующую заданному режиму выращивания, За- 55 тем проводят процесс вь!ращивания кристалла, лении, В целом по обьему кристалла суммирование Однонаправленных внутренних полей отдельных слоев дает большее внутреннее поле, чем внутреннее поле, со здаваемое известным способом, и униполяриость такого кристалла будет выше (фиг,3). Влияние градиента примеси на формирование доменной структуры будет наиболее значительным, если размеры этого градиента (по pfIIslfe пластинки кристалла) будут приблизительно одинаковы с характерными размерами доменов кристалла, поэтому время изменения амплитуды от ми?!имальной до максима!lьной должно лежать в пределах впемени роста доменой кристалла, 3 а!! пляемым способом Mo?f,f lo также выращивать кристаллы с необходимыми параметрами !з кристаллизуемой жидкости с примесью, концентрация которой ниже, чем конце!(трация примеси в известном способе, так как ее неоднородное распределение создает такую же униполярность в кристалле, как в случае однородного распределения, но с большей концентрацией примеси. Ниже приведены коикретн!!е примвры Осу!((ествлеи!ля заявляемого спОсоба. Пример 1. Проводилось выращивание кристаллов триглицинсульфата (ТГС) из раствора с примесь!о 1= а-аланина в качестве добавки для стабилизации спонтанной направленной поляризации данного кристалла. Готовили насыщенный раствор ТГС с примесь!о 1=с(-аланина, концентрация которого в растворе была 3 мас,g. Раствор заливали в кристаллизатор обьемом 1,2 дмз. В этот раствор помещали две затравки ТГС, причем одна крепилась к кристаллодержателю, соединенному с вибратором, другая на неподвижный кристаллодержатель, прикрепленный к крышке кристаллизатора (контрольный кристалл). Включали вибратор, К динамическому кристаллодержателю прикладывались колебания частотой 14 Гц, амплитуда колебаний плавно изменялась от 0 до 12 мм. Время изменения амплитуды колебаний от минимальной до максимальной задавалось таймером и составляло по расчетам примерно 10 мин (так как средние размеры доменов ТГС приблизительно 2040 мкм, а скорость 0,4 мм/ч). Выращено два кристалла, один — под воздействием колебаний с меняющейся амплитудой; другой— контрольный, в статическом режиме методом снижения температуры с 28 до 26,5ОС в течение 48 ч. Всего по описанной методике было получено 6 пар кристаллов. Для определения коэффициентов униполярности полученных кристаллов из них вырезали пластины перпендикулярно направлению полярной оси размерами 10х10х0,8 мм и на их большие плоскости после шлифовки и полировки наносили методом напыления алюминиевые электроды. Затем такие кристаллические конденсаторы вкл1очали в гистерезисный мост (модифицированная схема Сойера-Тауэоа) и по петле гистерезиса определяли коэффициент униполярности, Коэффициент униполярности рассчитывали по формуле k == (S+ — Я-)/(S++ S-) 100ф, . где Я+ и S- — суммарные площади положительной и отрицательной компонент доменной структуры. В результате вычислений оказалось, что коэффициент униполярности для кристаллов ТГС с примесью 1= а-аланина, выросших под возде!1ствием колебаний с пилообразным изменением амплитуды во времени, был выше на 20-40, чем для контрольных кристаллов. Кроме того весовой прирост исследуемых кристаллов был больше, чем у контрольных, в среднем на 1,5 г, а плотность дислокаций уменьшалась. Пирокозффициент исследуемых кристаллов, вы1813816 Фиг. E росших под действием колебаний с изменяющейся амплитудой, был также выше, чем у контрольных кристаллов, Пример 2. По методике, описанной в примере 1, и в таких же режимах роста были выращены кристаллы ТГС, но в качестве добавки для стабилизации направленной спонтанной поляризации были взяты ионы хрома; концентрация которых в маточном растворе равнялась 0,5 мас. . Было выращено 3 пары кристаллов — исследуемых и контрольных. Коэффициент униполярности кристаллов, выросших под воздействием низкочастотных колебаний с пилообразным изменением во времени амплитуды, оказался на 10-30 выше. чем у контрольных кристаллов, Пример 3. Выращивали кристаллы сегнетовой соли с примесью ионов меди в качестве добавки для стабилизации направленной спонтанной поляризации. Кристалл ы, контрольный и исследуемый, выращивали в кристаллизаторе, описанном в примере 1. Режим роста: начальная температура 18ОС, конечная 17ОС, время выращивания 35 ч. Концентрация меди в маточном растворе 0,5 мас. . Время изменению амплитуды колебаний от минимальной — 0 до максимальной — 10 мм составило по расчету 5 мин, частота колебаний 20 Гц. Выращено 3 пары кристаллов. Коэффициент 5 униполярности исследуемых кристаллов, выросших под действием низкочастотных колебаний с изменяющейся амплитудой, был на 20-30 больше, чем у контрольных кристаллов, выросших при тех же условиях 10 и из того же раствора, что и исследуемые кристаллы. Весовой прирост исследуемых кристаллов был более 2 г, Таким образом, предлагаемый способ выращивания монокристаллов сегнетоэлек15 триков из раствора позволяет повысить их пирокоэффициент и поляризацию. Формула изобретения Способ выращивания монокристаллов сегнетоэлектриков из раствора при воздей20 ствии на него низкочастотных колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения пирокоэффициента и поляризации эа счет увеличения коэффициента униполярности, амплитуду колебаний 25 изменяют по пилообразному закону, а период колебаний не превышает средних разме- ров доменов. 1В1З8Ю Составитель В.Михневич Техред M.Моргентал Корректор M.Самборская Заказ 1814 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственно о комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1130. .35. Москва, Ж-35. Раушг,кая наб„4/5 Редактор Проиэводственно-издательский комбинат Патент".г. Ужгород. ул.Гагарина 101