DD285797A5 - METHOD OF CONJUNCING UDP GROUP CRYSTALS FROM WAESSRESS SOLUTIONS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuechtung von Kristallen der KDP-Gruppe aus waeszrigen Loesungen, vorzugsweise nach dem Temperatursenkverfahren. Ziel der Erfindung ist die Verringerung des zeitlichen und technologischen Herstellungsaufwandes sowie die Erhoehung der Gutausbeute. Die Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens, bei dem die erreichbare Einkristallgroesze nicht durch separat zu zuechtende Keimtraeger begrenzt und die Aufloesungsgefahr der Keimtraeger in der in der untersaettigten Loesung des Kristallmaterials beseitigt ist. Erfindungsgemaesz geloest wird die Aufgabe dadurch, dasz als Keimtraeger eine aus wasserunloeslichem Material bestehende Platte, welche an der Oberflaeche eine reliefartige Mikrostruktur aufweist, bei einer beliebigen Konzentration der waeszrigen Loesung vor Erreichen des UEbersaettigungspunktes eingebracht wird. Diese Mikrostruktur ist derart beschaffen, dasz sie ein orientiertes Aufwachsen des Keimmaterials auf die Platte ermoeglicht. Einkristalle des KDP-Typs, insbesondere KDP, DKDP und ADP, sind Ausgangsmaterial fuer die Fertigung von elektrooptischen und nichtlinear optischen Bauelementen des optischen Praezisionsgeraetebaus.The invention relates to a method for culturing crystals of the KDP group from aqueous solutions, preferably by the temperature-lowering method. The aim of the invention is to reduce the time and technological manufacturing effort and the increase in the yield. The object is to provide a method in which the achievable Einkristallgroesze not limited by separately zuemchtende germ carriers and the risk of dissolution of the germ carriers is eliminated in the undersized solution of the crystal material. According to the invention, the object is achieved by introducing, as a germ carrier, a plate made of water-insoluble material which has a relief-like microstructure on the surface at any concentration of the aqueous solution before reaching the transfer point. This microstructure is such as to allow oriented growth of the seed material on the plate. Single crystals of the KDP type, in particular KDP, DKDP and ADP, are the starting material for the production of electro-optical and non-linear optical components of the optical precision device construction.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Züchtung von Einkristallen der KDP-Gruppe aus wäßrigen Lösungen, vorzugsweise nach dem Temperatursenkverfahren, bei dem gelöstes Kristallmaterial infolge einer durch Temperaturerniedrigung erreichten Übersättigung der wäßrigen Lösung aus dieser einkristallin auf einem Keimträger aufwächst. Unter der Bezeichnung KDP-Gruppe werden erfindungsgemäß außer dem Kaliumdihydrogonphosphat (KDP) selbst alle zum KDP isomorphen Phosphate um Arsenate verstanden, in denen Kalium durch Ammonium, Rubidium oder Cäsium oder aber Wasserstoff durch Deuterium ausgetauscht ist. Große Bedeutung im optischen Präzisionsgerätebau besitzen insbesondere die KDP-, ADP (Ammonium dihydrogenphosphat)- und DKDP (Kaliumdideuteriumphosphat)-Einkristalle. Sie dienen als Ausgangsmaterial für die Fertigung von elektrooptischen und nichtlinear optischen Bauelementen, von Polarisationsprismen und Analysatorkristallen.The invention relates to a method for growing single crystals of the KDP group from aqueous solutions, preferably by the temperature lowering method, in which dissolved crystal material grows as a result of a temperature reduction achieved by supersaturation of the aqueous solution of this monocrystalline on a seed carrier. According to the invention, the term KDP group is understood to mean, in addition to potassium dihydrogone phosphate (KDP) itself, all phosphates which are isomorphic to KDP by arsenates in which potassium is replaced by ammonium, rubidium or cesium or else hydrogen by deuterium. In particular, KDP, ADP (ammonium dihydrogen phosphate) and DKDP (potassium dideuterium phosphate) single crystals are of great importance in precision optical instrument manufacturing. They serve as starting material for the production of electro-optical and non-linear optical components, polarizing prisms and analyzer crystals.
auch durch Lösungsmittelverdunstung erreicht werden kann. Das auskristallisierende Material wächst dabei einkristalle an in die Lösung eingebrachten Keimkristallplatten auf, welche aus zuvor gezüchteten Einkristallen des gleichen Materials mit einer bestimmten kristallograpnischen Orientierung herausgeschnitten sind.can also be achieved by solvent evaporation. In this case, the crystallizing material grows on crystals of seed crystal plates introduced into the solution, which are cut out of previously grown single crystals of the same material with a specific crystallographic orientation.
wäßrige Lösung des gewünschten Kristallmaterials hergestellt, in welche dann dio Keimkristalle eingesetzt werden.prepared aqueous solution of the desired crystal material, in which then the seed crystals are used.
sich an den Keimplatten ab. Die Ermittlung und Einstellung der optimalen Abkühlungsgeschwindigkeit (typischer Wert: 0,1 K/d) wird heute größtenteils bereits automatisch vorgenommen.starting at the germ plates. The determination and setting of the optimum cooling rate (typical value: 0.1 K / d) is today largely automatic.
auszugehen.go out.
einwandfreie.'! Kristallwachstum ohne Trübung; in der Praxis hat sich aber gezeigt, daß bereits kleinste Fehlorientierungen derflawless. '! Crystal growth without turbidity; in practice, however, it has been shown that even the smallest misorientations of the
gezüchteten Einkristalle als optische Bauelemente oft nicht mehr möglich ist.bred single crystals as optical components is often no longer possible.
rr issen sich erst die natürlichen Wachstumsflächen herausbilden. Während dieser Anwachsphase entstehen mikroskopische kleine Pyrarr iden, die erst viel später zu einem einheitlichen, optisch homogenen Körper zusammenwachsen. Die so entstandenen inneren Kappen, ebenso die sich unmittelbar an diese Kappen anschließenden Kristallbereiche, sind für dieOnly the natural growth areas can develop. During this growth phase, microscopic pyrrrids are formed, which grow together much later to form a uniform, optically homogeneous body. The resulting inner caps, as well as the immediately adjacent to these caps crystal areas are for the
oder Diagonalplatten als Kristallkeim erreicht wird.or diagonal plates is achieved as a crystal nucleus.
erneute Züchtung und Selektion usw. macht sich erforderlich.renewed breeding and selection, etc. is required.
abhängt, die sich wiederum aus dem realisierten Querschnitt des jeweils zugrundeliegenden, ebenfalls gezüchteten Einkristalls ergibt.which, in turn, results from the realized cross-section of the respective underlying, likewise cultivated, single crystal.
bzw. nur ganz gering übersättigt sein, da sich sonst auf der Keimoberfläche Parasit-Kristalle anlagern, die zu erheblichenor be supersaturated only slightly, since otherwise accumulate on the germ surface parasite crystals that are too significant
auflösen würden. Aus diesem Grunde muß eine exakte Einstellung der Sättigungstemperatur der Lösung vorgenommen werden.would dissolve. For this reason, an exact adjustment of the saturation temperature of the solution must be made.
z.B. 10mm χ 10mm Querschnitt gewogen, der Lesung ausgesetzt und nochmals gewogen werden. Erst wenn sich die korrigierte Temperatur in der Lösung eingestellt hat, kann ein neuer Testkeim-Versuch durchgeführt werden.e.g. Weighed 10mm χ 10mm cross-section, subjected to the reading and weighed again. Only when the corrected temperature has settled in the solution, a new test germ experiment can be performed.
die gesättigte Lösung. Bekanntlich sind diese Kristalle gogenüher plötzlichen Temperaturänderungen sehr empfindlich. Sie reagieren darauf mit der Bildung von Rissen und Sprüngen, die den Keim für die weitere Kristallzucht unbrauchbar machen.the saturated solution. As is known, these crystals are very sensitive to sudden sudden temperature changes. They react with the formation of cracks and cracks, which render the germ unusable for further crystal growth.
überführt man die Keimkristalle zusammen mit der Halterung in das eigentliche Zuchtgefäß. Dabei ist es unumgänglich, daß dietransferred to the seed crystals together with the holder in the actual breeding vessel. It is unavoidable that the
kommen kann.can come.
dünne Halbleiterschichten aus der Dampfphase, z. B. nach dem CVC (Chemical-Vapor-DepositionJ-Verfahren, auf einem amorphen Substrat abgeschieden werden sollen.thin semiconductor layers of the vapor phase, e.g. B. after the CVC (Chemical Vapor DepositionJ method) to be deposited on an amorphous substrate.
wird, wobei das Substrat zuvor „künstlich", i. B. fotolithographisch, strukturiert wurde. Dabei muß die Struktur deris, wherein the substrate previously "artificial", i. B. photolithographically was patterned. It must the structure of the
übereinstimmen. Die technologische Hauptschwierigkeit bei der Realisierung solcher Schichten besteht darin, daß sich auf amorphen Substraten allenfalls sehr feinkörnige polykristalline oder aber amorphe Halbleiterfilme abscheiden, die anschließend durch eine Wärmebehandlung z. B. zwischen 5000C und 1000°C, etwa durch Laser-Scanning, rekristallisiert werden müssen.to match. The main technological difficulty in the realization of such layers is that at most precipitate very fine-grained polycrystalline or amorphous semiconductor films on amorphous substrates, which are then heated by a heat treatment z. B. between 500 0 C and 1000 ° C, such as by laser scanning, must be recrystallized.
mikroskopisch kleine Kristallite abzuscheiden, und zwar mit dem Ziel, deren Keimbildungsmechanismus zu studieren.to deposit microscopic crystallites with the aim of studying their nucleation mechanism.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, den technologischen und Zeitaufwand bei der Herstellung von großen, optisch homogenen Kristallen von KDP-Typ bei gleichzeitiger Erhöhung der Gutausbeute zu verringern.The object of the invention is to reduce the technological and time expenditure in the production of large, optically homogeneous crystals of KDP type while increasing the yield of good.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technologisch gut handhabbares, einfaches Verfahren zu schaffen, bei dem ein makroskopischer, homogener Einkristall auf einem Keimträger aufwächst, bei dem die Größe des zu züchtenden Einkristalls weder durch separat zu züchtende Keimkristalle begrenzt wird noch die Gefahr des Auflösens der Keime in einer untersättigten Lösung des Kristallmaterials besteht.The invention has for its object to provide a technologically easy to handle, simple method in which a macroscopic, homogeneous single crystal grows on a germ carrier, in which the size of the single crystal to be grown is not limited by separately grown seed crystals nor the risk of dissolution the germ consists in an undersaturated solution of the crystal material.
Diese Aufgabe wird durch ein Vorfahren zur Züchtung von Einkristallen der KDP-Gruppe aus wäßrigen Lösungen, vorzugsweise nach dem Temperatursenkvorfahren, bei dem gelöstes Kristallmaterial infolge einer durch Temperatursenkung erreichten Übersättigung der wäßrigen Lösung aus dieser einkristallin auf einem Keimträger aufwächst, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Keimträger bei einer beliebigen Konzentration der wäßrigen Lösung eine Platte eingebracht wird, welche aus oinom wasserunlöslichen, von dem zu züchtonden Einkristall verschiedenen Material besteht und deren Oberfläche mit einer mikrolithographisch erzeugten reliefartigcn Struktur mit Strukturbreiten im Mikrometer- oder Submikromoterbereich versohen ist, wobei die Geometrie dieser Struktur mit dor kristallographischen Geometrie der in der Aufwachszone vorliegenden Netzebene des zu züchtenden Einkristalls in einer Weise übereinstimmt, daß ein orientiertes Aufwachsen des Kristallmaterials auf die strukturierton Flächen der wasserunlöslichen Platte erfolgt. Es ist vorteilhaft, wenn ein Keimträger oingesetzt wird, dessen MikroStruktur ein eistes Grabensystem darstellt, das aus zueinander und zu zwei Kanten der Platte parallel angeordneten Gräben besteht.This object is achieved by an ancestor for growing single crystals of the KDP group from aqueous solutions, preferably after the Temperatursenkvorfahren in the dissolved crystal material as a result of a achieved by lowering the temperature supersaturation of the aqueous solution of this monocrystalline on a seed carrier, solved according to the invention that Germ carrier at any concentration of the aqueous solution, a plate is introduced, which consists of oinom wasserunlöslichen, different from the monocrystalline monocrystalline material and whose surface is a mikrolithographisch generated reliefartigcn structure with structure widths in the micrometer or submicromoter range versohen, the geometry of this structure coincides with the crystallographic geometry of the present in the growing zone level of the single crystal to be grown in such a way that an oriented growth of the crystal material on the stru Kturierton surfaces of the water-insoluble plate takes place. It is advantageous if a germ carrier is used, the microstructure of which represents an integral trench system consisting of trenches arranged parallel to one another and to two edges of the plate.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn eine Platte verwendet wird, de, ren MikroStruktur ein zweites, senkrecht zum ersten Grabensystem angeordnetes Grabensystem erhält.Furthermore, it is advantageous if a plate is used, the microstructure receives a second, perpendicular to the first trench system arranged trench system.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn ein Keimträger vorwendet wird, dessen mikrcstrukturierte Oberfläche zusätzlich infolge einor weiteren Ätzbehandlung ganzflächig aufgerauht ist und zwar mit einor Relieftiefe, dio klein gegenüber der Rauhtiefe der Mikrostruktur istIt is also advantageous if a germ carrier is used whose microstructured surface is additionally roughened over the entire surface as a result of further etching treatment, specifically with a relief depth which is small compared to the roughness depth of the microstructure
wasserlösliche, vorzugsweise aus Glas bestehende Keimplatten ersetzt, deren mikrolithographisch erzeugtewater-soluble, preferably made of glass germplates replaced, the microlithographically generated
übereinstimmt, so daß ein orientiertes Aufwachsen des Keimmaterials auf die strukturierten Flächen der wasserunlöslichenso that an oriented growth of the seed material on the structured surfaces of the water-insoluble
einer sog. Kappe, wobei die aus den Kappen austretenden Versetzungen aber im Verlaufe des weiteren Kristallwachstums aus dem Einkristall austreten, so daß sich schließlich ein perfekter Kristall herausbildet.a so-called cap, wherein the dislocations emerging from the caps but emerge from the single crystal in the course of further crystal growth, so that finally forms a perfect crystal.
gegeben wird, erlaubt dabei, auf perfekte Keimkristalle zu verzichten. Dadurch gelingt es, makroskopisch große Einkristalle zu züchten, deren Größe lediglich durch das maximal bearbeitbare Format in dem jeweils verwendeten Mikrolithographiegerät zuris given, thereby allowing to dispense with perfect seed crystals. This makes it possible to grow macroscopically large single crystals, the size of which only by the maximum editable format in each microlithography device used for
wonach die Temperatur der Lösung zunächst relativ schnell bis In die Nähe des Sättigungspunktes erniedrigt und anschließend nach einem konventionellen Temperatursenkprogramm kontinuierlich weiter verringert wird. Auf diese Weise wird auch der kritische Schritt des Überführens der getemperten Keime in die gesättigte Lösung umgangen.after which the temperature of the solution is first lowered relatively rapidly to near the saturation point and then continuously reduced further after a conventional temperature reduction program. In this way, the critical step of transferring the annealed germs into the saturated solution is also bypassed.
hergestellt. Dazu wird eine Glasplatte, z.B. des Formats 100mm χ 100mm χ 5mm, einseitig mit einem Fotoresist beschichtet, der nun in an und für sich bekannter Weise auf fotolithographischem Wege mit einer MikroStruktur versehen wird. Durch eine geeignete Ätztechnologie wird diese MikroStruktur auf den Glaskörper übertragen, so daß die Oberfläche der Glasplatte ein entsprechendes Grabensystem erhält. Als MikroStruktur kann z. B. ein Gitter gewählt werden, das aus zueinander und zu zweimanufactured. For this purpose, a glass plate, e.g. 100mm χ 100mm χ 5mm, coated on one side with a photoresist, which is now provided in a conventional manner by photolithographic means with a microstructure. By a suitable etching technology, this microstructure is transferred to the glass body, so that the surface of the glass plate receives a corresponding trench system. As a microstructure z. B. a grid can be selected, which consists of each other and two
wobei die Breite der Gräben 0,9Mm und die Breite der Stege zwischen den Gräben ebenfalls 0,9μηι betragen kann.wherein the width of the trenches 0.9 mm and the width of the webs between the trenches can also be 0.9μηι.
ihre Sättigungstemperatur erreicht. Nach Erhitzen der Lösung auf etwa 57 °C wird in die nun relativ stark untersättigte Losung der mikrostrukturierte Keimträger eingebracht. Die Temperatur der KDP-Lösung kann nun auf einen Wert, der etwa über derreaches its saturation temperature. After heating the solution to about 57 ° C, the microstructured germ carrier is introduced into the now relatively undersaturated solution. The temperature of the KDP solution can now be set to a value that is about the above
kleinen Schritten nach einem konventionellen Temperatursenkprogramm. Mit Erreichen der Sättigungstemperatur bei etwa 50°C beginnt der Kristallisationsprozeß.small steps after a conventional temperature reduction program. Upon reaching the saturation temperature at about 50 ° C, the crystallization process begins.
herausgeschnittenen Keimplatten erforderlich wäre, kann erfindungsgemäß entfallen.cut germplates would be required, can be omitted according to the invention.
zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Kristalle vom KDP-Typ eingebracht werden.for the simultaneous production of several KDP-type crystals.
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DD27467785A DD285797A5 (en) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | METHOD OF CONJUNCING UDP GROUP CRYSTALS FROM WAESSRESS SOLUTIONS |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1066211C (en) * | 1993-03-22 | 2001-05-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | Large-section potassium dihydrogen phosphate single crystal fast growth method |
-
1985
- 1985-04-01 DD DD27467785A patent/DD285797A5/en not_active IP Right Cessation
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CN1066211C (en) * | 1993-03-22 | 2001-05-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | Large-section potassium dihydrogen phosphate single crystal fast growth method |
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