CS269286B1

CS269286B1 - Ampoules for single crystal growth of monovalent mercury halides

Info

Publication number: CS269286B1
Application number: CS883903A
Authority: CS
Inventors: Cestmir Ing Barta; Cestmir Ing Csc Barta; Milan Ing Hejl
Original assignee: Barta Cestmir; Hejl Milan
Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS390388A1

Abstract

Řešení spadá do oblasti pěstování vysoce kvalitních monokrystalů, speciálně se zaměřením na uspořádání ampule pro pěstování monokrystalů halogenidů jednomocné rtuti. Vnitřní prostor ampule je uspořádán tak, že ve vzdálenosti nejméně 3 mm od konce ampule, v němž začíná narůstat krystalový zárodek, je umístěna přepážka, která vytváří zúžený prostor - zúžený otvor o průřezu v rozmezí od 0,01 asr do 25 mm . Tímto uspořádáním vnitřního prostoru ampule se podstatně zvyšuje pravděpodobnost, že zúžením proroste pouze jediné krystalové zrno zárodku a dojde k nastolení dominantního postavení jediného krystalu. Vypěstovaný monokrystal vykazoval zřetelně menší sklon k tvorbě šlír a jiných vnitřních defektů, což příznivě ovlivňuje fyzikální vlastnosti vypěstovaného monokrystalu.The solution falls into the field of growing high-quality single crystals, especially with a focus on the arrangement of an ampoule for growing single crystals of monovalent mercury halides. The internal space of the ampoule is arranged so that at a distance of at least 3 mm from the end of the ampoule, in which the crystal seed begins to grow, a partition is placed, which creates a narrowed space - a narrowed opening with a cross-section ranging from 0.01 asr to 25 mm. This arrangement of the internal space of the ampoule significantly increases the probability that only a single crystal grain of the seed will grow through the narrowing and a single crystal will establish a dominant position. The grown single crystal showed a significantly lower tendency to the formation of streaks and other internal defects, which favorably affects the physical properties of the grown single crystal.

Description

Vynález se týká uspořádání vnitřního prostoru ampule pro růst monokrystalů halogenidů Jednomocné rtuti z plynné fáze, popřípadě i Jiných monokrystalů pěstovaných z plynné fáze.The invention relates to the arrangement of the inner space of an ampoule for the growth of monocrystalline halides of monovalent mercury from the gas phase, or also of other single crystals grown from the gas phase.

Monokrystaly halogenidů Jednomocné rtuti vykazují mimořádnou anizotropii svých fyzikálních vlastností. Je to dáno tím, že krystalová mřížka je tvořená lineárními molekulami halogenidů rtuťných Hg₂X₂ C^e X Je F, Cl, Br nebo J), které jsou mezi sebou vázány jen velmi slabými vazbami. Ve směru hlavní krystalografické osy Jde o poměrně silné ionto-kovalentní vazby, zatímco ve směru kolmém o slabé Van-der-Waalsovy vazby, což se výrazně projevuje ve věech vlastnostech halogenidů jednomocné rtuti. Na Jedné straně je to příčinou unikátních technicky perspektivních fyzikálních vlastností, Jako je vysoký optický dvojlom, anizotropie rychlosti ěíření elastických vln a jiné, na druhé straně je to příčinou obtíží při přípravě zvláště jakostních monokrystalů, neboť štěpnost, pružnost, deformovatelnost, sklon k tvorbě vnitřních defektů, tepelná vodivost, tepelná roztažnost a jiné jsou ve velké míře ovlivněny krystalografickou orientací.Halides of halides Monovalent mercury exhibits extraordinary anisotropy of its physical properties. This is due to the fact that the crystal lattice is formed by linear molecules of mercury halides Hg ₂ X ₂ C In the direction of the main crystallographic axis these are relatively strong ion-covalent bonds, while in the direction perpendicular to the weak Van-der-Waals bonds, which is significantly reflected in all the properties of monovalent mercury halides. On the one hand it is the cause of unique technically promising physical properties, such as high optical birefringence, anisotropy of elastic wave propagation speed and others, on the other hand it is difficult to prepare especially high quality single crystals, because fissility, elasticity, deformability, tendency to form internal defects, thermal conductivity, thermal expansion and others are greatly affected by crystallographic orientation.

V současné době Je vyřešen způsob výroby monokrystalů halogenidů rtuťných, při kterém se surovina halogenidů rtuťného neprodyšně uzavře například v ampuli z křemenného skla, přivede se na teplotu nejméně 120 °C, načež se v teplotním gradientu sublimací plynule postupně rekrystalizuje na monokrystal. Monokrystal začíná narůstat na opačném konci ampule, než Je surovina, a to na krystalovém zárodku. Tento zárodek musí být do ampule buď. předem vložen, nebo vznikne samostatně tak. zvanou termotaxií, tj. samovolně vzniklý zárodek krystalu se krystalograficky orientuje optimálně vůči směru izoterm teplotního pole. Metoda termotacie má hlavní nedostatek v tom, že vznikající zárodek vznikne málokdy jako monokrystal, ale naopak většinou jako polykrystal. Jednotlivá krystalová zrna pak postupně narůstají a zvětšují se, a tím se zvětšuje i celý polykrystalický zárodek'. Krystalová zrna, která jsou nejvýhodněji orientována vůči směru izoterm teplotního pole rostou nejrychleji, a proto postupně zatlačí ostatní méně výhodně orientovaná krystalová zrna a celkový počet jednotlivých krystalů ve fázovém rozhraní zárodku se výrazně zmenší. Málokdy však tento vývoj vede k nastolení dominantního postavení jediného krystalu.At present, a process for the production of mercury halide single crystals is solved, in which the raw material of mercury halides is sealed, for example in a quartz glass ampoule, brought to a temperature of at least 120 ° C and then gradually recrystallized to the single crystal by sublimation in a temperature gradient. The single crystal begins to grow at the opposite end of the ampoule from the raw material, on the crystal nucleus. This embryo must be in an ampoule either. pre-inserted or created separately. called thermotaxy, ie the spontaneously formed crystal nucleus is crystallographically oriented optimally with respect to the direction of the isotherms of the temperature field. The main drawback method has the main disadvantage that the resulting nucleus seldom forms as a single crystal, but on the contrary mostly as a polycrystal. The individual crystal grains then gradually grow and enlarge, thus enlarging the entire polycrystalline nucleus. The crystal grains which are most preferably oriented with respect to the isotherm direction of the temperature field grow the fastest and therefore gradually push the other less preferably oriented crystal grains and the total number of individual crystals in the nucleus phase interface is significantly reduced. Rarely, however, does this development lead to the establishment of a dominant position of a single crystal.

Rovněž použití ampule, v níž krystalový zárodek vzniká a posléze narůstá v zárodečné části ampule, jejíž prostor přechází oboustranně plynule zúženým krčkem do vlastního růstového prostoru ampule, nezajišťuje dostatečně, že zúžením proroste pouze jediné krystalové zrno zárodku a za ním, že Již bude narůstat monokrystal. K takovému požadovanému růstu dochází pouze asi ve 20 % případů, a proto je zapotřebí počáteční stadium krystalizace opakovat průměrně 5krát, než je dosaženo žádaného efektu. Jeden cyklus trvá 5 až 7 dní, takže se jedná o značné časové, energetické i jiné ztráty.Also, the use of an ampoule, in which a crystal nucleus is formed and then grows in the germinal part of the ampoule, the space of which passes through the continuously narrowed neck on both sides into the ampoule's own growth space, does not sufficiently ensure that only a single crystal grain of the nucleus grows and . Such desired growth occurs in only about 20% of cases, and therefore the initial stage of crystallization needs to be repeated an average of 5 times before the desired effect is achieved. One cycle lasts 5 to 7 days, so there are significant time, energy and other losses.

Uvedené nedostatky pomáhá řešit ampule pro růst monokrystalů halogenidů jednomocné rtuti podle vynálezu. Podstatou vynálezů je, že ve vzdálenosti nejméně 3 mm od konce ampule, v němž začíná narůstat krystalový zárodek, je umístěna přepážka, například ve tvaru pláště rotačního kužele, jehož stěny se svislou stěnou ampule svírají úhel v rozmezí od 10 do 90°, vytvářející zúžený otvor s průřezem o plošném obsahu v rozmezí od 0,01 mn/ do 25 mm². Stěny speciální přepážky mohou být případně prohnuty tak, že mají tvar pláště rotačního komolého elipsoidu nebo hyperboloidu apod.Amplifiers for the growth of monovalent mercury halide single crystals according to the invention help to solve these drawbacks. The invention is based on the fact that at least 3 mm from the end of the ampoule, in which the crystal nucleus begins to grow, a partition is placed, for example in the shape of a rotating cone shell, the walls of which with the vertical wall of the ampoule form an angle a hole with a cross-section with an area in the range from 0,01 mn / to 25 mm ² . The walls of the special partition may optionally be bent so as to have the shape of a shell of a rotating truncated ellipsoid or hyperboloid, etc.

Umístěním přepážky do vnitřního prostoru ampule se zvyšuje pravděpodobnost, že vytvořeným zúženým otvorem proroste pouze jediné krystalové zrno z polykrystalického zárodku a za touto přepážkou bude narůstat již monokrystal.Placing the baffle in the interior of the ampoule increases the likelihood that only a single crystal grain from the polycrystalline nucleus will grow through the constricted hole and a single crystal will grow behind this baffle.

Na výkresu je uvedeno schematické uspořádání ampule pro růst monokrystalů halogenidů jednomocné rtuti podle vynálezu.The drawing shows a schematic arrangement of an ampoule for the growth of single crystals of monovalent mercury halides according to the invention.

V ampuli 1 je umístěna přepážka 2, která zajišťuje zúžení vnitrního průměru v rozme^— o ~ zí od 0,01 do 25 mm .The vial 1 is placed baffle 2 which ensures narrowing of the inner diameter DIM ^- ~ ne of 0.01 to 25 mm.

Navrhované uspořádání ampule podle vynálezu bylo úspěšně odzkoušeno na následujícím příkladu.The proposed ampoule arrangement according to the invention was successfully tested on the following example.

CS 269 286 BlCS 269 286 Bl

Pro pěstování monokrystalů chloridu rtuíného HggClg byla použita ampule podle vynálezu, kde vnitřní průměr válcové Sásti byl 25 mm, stěny přepážky měly tvar pláště rotačního komolého kužele a svíraly se svislou osou ampule úhel 30° a vnitřní průřez otvoru v přepážce byl 2,25 mm, přičemž vzdálenost otvoru od konce ampule, v němž začal narůstat krystalový zárodek, byla 2,5 mm. Statistická pravděpodobnost, že otvorem přepážky proroste do válcové části ampule Jediné krystalové zrno z původního polykrystalického zárodku se zvýšila z původních 20 % na asi 38 %. Kromě toho vypěstovaný krystal vykazoval statisticky zřetelně meněí sklon k tvorbě šlír a Jiných vnitřních defektů.An ampoule according to the invention was used to grow HggClg mercury chloride single crystals, where the inner diameter of the cylindrical part was 25 mm, the walls of the baffle had the shape of a rotating truncated cone shell and formed an angle of 30 ° with the vertical axis of the ampoule and the inner cross-section of the baffle was 2.25 mm. wherein the distance of the opening from the end of the ampoule in which the crystal nucleus began to grow was 2.5 mm. Statistical probability that it will grow through the opening of the septum into the cylindrical part of the ampoule. The single crystal grain from the original polycrystalline nucleus increased from the original 20% to about 38%. In addition, the grown crystal showed a statistically significantly lower tendency to form scabs and other internal defects.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

An ampoule for the growth of monovalent halides of monovalent mercury, characterized in that a partition (2) is arranged at a distance of at least 1 m from the end of the ampoule (1) in which the crystal nucleus begins to grow, for example in the shape of a rotating truncated cone. the walls with the vertical axis of the ampoule (1) form an angle in the range from 10 to 90 °, forming a narrowed hole with a cross section in the range from Ο, - 'Μ- to 25 mm in the inner space of the ampoule (1).

2. Ampoules according to claim 1, characterized in that the walls of the partition (2) are interleaved so as to have the shape of a shell of a rotating truncated ellipsoid or hyperboloid.