Способ получения монокристаллов тиогаллата серебра

 

Изобретение относится к области физики твердого тела. Сущность изобретения: монокристаллы тиогаллата серебра, AgGaS₂ , получают синтезом путем взаимодействия исходных элементов с добавлением к ним индия в количестве 0,04-5 вес.% при нагреве в горизонтально расположенной ампуле и последующей вертикальной направленной кристаллизацией в запаянной ампуле. Изобретение позволяет получать оптически однородные монокристаллы без трещин и полисинтетических двойников с коэффициентом поглощения λ=0,04 см^-1. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к области физики твердого тела, а именно к способам получения оптически однородных монокристаллов.

Нелинейные монокристаллы AgGaS₂ являются наиболее перспективными для преддетекторного преобразования инфракрасной частоты в светолокационных установках, параметрических квантовых генераторах, спектроскопии, связи.

Известен способ получения монокристаллов тиогаллата серебра AgGaS₂ методом Бриджмена-Стокбаргера (R.H. Route, R.S. Felgelson, R.J. Raumakers, MM Choy “Устранение дефектов оптического рассеяния в AgGaS₂ и AgGaSe ₂”, Jornal of Crystal Growth, 33(1976), 239-245).

Этим способом получены монокристаллы с коэффициентом поглощения α≤0,1 см^-1 в диапазоне длин волн 0,9-8,5 мкм.

Оптическую прозрачность AgGaS₂ улучшают либо путем быстрого закаливания на воздухе, с температуры немного ниже точек плавления, либо отжигом в присутствии Ag₂S.

Однако, в первом случае возникают большие термические напряжения, что приводит к образованию и распространению трещин; во втором случае отжиг не устраняет поглощения во всем спектральном диапазоне пропускания.

Известен способ получения оптически однородных монокристаллов AgGaS₂ методом направленной кристаллизации из стехиометрического состава расплава и расплава с избытком Ag₂S под давлением инертного к сульфидному расплаву газа (авт. св.СССР №1839796, 2005г.). Создание давления над тиогаллатом серебра позволяет уменьшить скорость охлаждения выросших кристаллов до 5-8 ч, при этом удается получить монокристаллы высокого оптического качества с коэффициентом поглощения 0,1 см^-1.

Однако, такие давления, с одной стороны, требуют создания громоздкой аппаратуры, с другой стороны, высокие давления в печи уменьшают точность поддержания температуры нагревателей, что ухудшает оптические качества монокристаллов.

Целью изобретения является получение оптически однородных монокристаллов тиогаллата серебра AgGaS ₂ больших размеров без трещин и полисинтетических двойников.

Для достижения указанной цели в расплав стехиометрического состава AgGaS₂ и состава с избытком Ag₂ S до 3,5 вес.% изоморфно вводят индий в соотношении 0,04-5 вес.% к составу и выращивание и охлаждение монокристаллов ведут методом направленной кристаллизации. Нижний предел концентрации индия - 0,04 вес.% - достаточен для того, чтобы в монокристалле AgGaS ₂ не возрос коэффициент поглощения при его охлаждении в режиме выключенной печи (примерно за 8 ч). При постоянном увеличении концентрации индия в тиогаллате серебра повышается устойчивость высокотемпературной фазы.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1. Для получения монокристаллов тиогаллата серебра указанным способом взвешиваются компоненты в следующем соотношении, вес.%:

Ag 44,50

Gа 28,50

In 0,5

S 26,50

Ампулу c веществами откачивают до вакуума 10^-4 -10^-5 мм рт.ст. и отпаивают. Синтез вещества проводят в горизонтальной печи, увеличивая температуру в ней со скоростью 50 град/ч до 1050°C. Реакция между элементами проходит в течение 1-6 ч в зависимости от величины навески. После синтеза ампулу переносят в печь для роста. Рост монокристаллов осуществляется методом Бриджмена-Стокбаргера. Тепловой режим поддерживают высокоточными регуляторами температуры ВРТ-3, причем, градиент в печи составляет 2 град/мм. Ампулу с расплавом опускают со скоростью 0,5 мм/ч. После роста печь выключают и охлаждают вместе с образцом до комнатной температуры в течение 10-14 ч.

Пример 2. Для получения монокристаллов тиогаллата серебра берут элементы в соотношении, вес.%:

Ag 44,21

Ga 27,16

In 2,36

S 26,27

и выращивание ведут методом направленной кристаллизации.

Пример 3. Для получения монокристаллов тиогаллата серебра берут элементы в следующем соотношении, вес.%:

Ag 45,09

Gа 24,62

In 4,66

S 25,63

В этом случае расплав имеет избыток Ag₂S и соответствует формуле Ag_1,03 Ga_0,87 In_0,1 S_1,97 . Далее процесс ведут также, как в 1-ом и 2-ом примерах.

Таким способом были получены монокристаллы тиогаллата серебра высокого оптического качества диаметром 22 мм и длиной 80 мм.

Использование предлагаемого способа получения монокристаллов тиогаллата серебра обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1) Возможность получения монокристаллов AgGaS₂ высокого оптического качества, а именно монокристаллов без трещин и двойников с низким коэффициентом поглощения (0,04 см^-1), что значительно ниже, чем у прототипа (0,1 см^-1).

2) Возможность получения монокристаллов большого диаметра (22 мм и выше) без трещин, что не удается получить ранее описанными способами, так как для охлаждения образцов в течение 14 ч необходимо высокое давление.

3) Технология выращивания монокристаллов AgGaS₂ значительно упрощается из-за отсутствия сложной аппаратуры и приборов, создающих и поддерживающих высокое давление.

Формула изобретения

1. Способ получения монокристаллов тиогаллата серебра, включающий его синтез путем взаимодействия элементов при нагреве в горизонтально расположенной ампуле и последующую вертикальную направленную кристаллизацию в запаянной ампуле, отличающийся тем, что, с целью улучшения оптической однородности кристаллов, уменьшения в них трещин и двойников, при синтезе к элементам добавляют индий в количестве 0,04-5 вес.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при синтезе элементы берут в стехиометрическом соотношении, соответствующем формуле AgGaS₂.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при синтезе к элементам добавляют избыток AgS₂ по отношению к стехиометрии.