DD285797A5 - METHOD OF CONJUNCING UDP GROUP CRYSTALS FROM WAESSRESS SOLUTIONS - Google Patents

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DD285797A5
DD285797A5 DD27467785A DD27467785A DD285797A5 DD 285797 A5 DD285797 A5 DD 285797A5 DD 27467785 A DD27467785 A DD 27467785A DD 27467785 A DD27467785 A DD 27467785A DD 285797 A5 DD285797 A5 DD 285797A5
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kdp
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crystals
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Rainer Mischke
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Veb Carl Zeiss Jena,Dd
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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

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.

Charakteristik des bekannten Standes de/ TechnikCharacteristic of the known state of the art Es ist bekannt, Einkristalle des KDP-Typs aus wäßrigen Lösungen des jeweiligen Kristallmaterials zu züchten, wobei drj zurIt is known to grow single crystals of the KDP type from aqueous solutions of the respective crystal material, wherein drj to Kristallisation erforderliche Übersättigung der Lösung in der Regel durch Temperaturerniedrigung herbeigeführt wir j, aberCrystallization required supersaturation of the solution, usually caused by lowering the temperature, we j, but

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.

Bei der Züchtung dieser Einkristalle nach dem bekannten Temperatursenkverfahren z. B. wird zunächst eine heißgosättigteIn the cultivation of these single crystals according to the known temperature lowering method z. B. is initially a Heißgosättigte

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.

Anschließend wird die Temperatur der Lösung um definierte Beträge langsam gesenkt. Das freiwordende Kristallmaterial setztSubsequently, the temperature of the solution is slowly lowered by defined amounts. The free-wording crystal material sets

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.

Um makroskopisch große, homogene Einkristalle vom KDP-Typ herstellen zu können, ist es auf Grund desIn order to produce macroscopically large, homogeneous single crystals of the KDP type, it is due to the Wachstumsm echanismus dieser Kristalle notwendig, von Keimkristallen von ganz bestimmter kristallographischor OrientierungGrowth mechanism of these crystals necessary, of seed crystals of quite definite crystallographic orientation

auszugehen.go out.

Die Einkristall 3 der KDP-Gruppe, deren kristallographische Form aus einem tetragonalen Prisma und einer tetragonalenThe single crystal 3 of the KDP group, whose crystallographic form of a tetragonal prism and a tetragonal Dipyramide zusammengesetzt ist, wachsen bekanntlich auf einem Keim beliebiger Ordnung stets in Richtung der c-Achso. ImDipyramide is known to grow on a germ of any order always towards the c-axis. in the Falle der Verwendung der Pyramidenfläche als Keim bzw. von sogenannten diagonalen Keimplatten erhält man theoretisch einCase of using the pyramid surface as a germ or of so-called diagonal germ plates is obtained theoretically

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

Keimflächen und andere Effekte zu gravierenden Wachstumsstörungen führen können, so daß die Verwendung der soGermination surfaces and other effects can lead to serious growth disorders, so that the use of so

gezüchteten Einkristalle als optische Bauelemente oft nicht mehr möglich ist.bred single crystals as optical components is often no longer possible.

Bei Verwendung von Keimplatten, dio senkrecht zur c-Achso geschnitten wurden, also der (001 HNetzebeno entstammen,When germplates were used, which were cut perpendicular to the c-axis, that is, the (001 H netbeno originate from

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

Herstellung von Bauelementen oder Keimkristallen ungeeignet. Von den inneren Kappen weiter entforni liegendeProduction of components or seed crystals unsuitable. From the inner caps further entforni Kristallbereiche weisen jedoch meist eine höhere optische Qualität auf, als sio im Falle der Verwendung von PyramidenflächenHowever, crystal areas usually have a higher optical quality than sio in the case of using pyramidal surfaces

oder Diagonalplatten als Kristallkeim erreicht wird.or diagonal plates is achieved as a crystal nucleus.

Zur Gewinnung von Keimkristallen der entsprechenden kristallographischen Orientierung für die Herstellung weitererFor obtaining seed crystals of the corresponding crystallographic orientation for the production of further Einkristalle müssen bereits gezüchtete Einkristalle wieder zerschnitten werden. Der dadurch eintretende Verlust an derSingle crystals must be cut again already grown single crystals. The resulting loss of the Gesamtausbeute kann 10% und mehr betragen.Total yield can be 10% or more. Hinzu kommt das Problem der Herstellung von Keimen mit dem erforderlichen Querschnitt, wenn Kristalle einer bestimmtenAdded to this is the problem of producing germs of the required cross-section when crystals of a particular Substanz et stmals gezüchtet werden sollen. Ein langwieriger Prozeß der Züchtung, Auswahl der besten Proben für Keimkristalle,Substance and should be cultivated. A lengthy process of breeding, selecting the best samples for seed crystals,

erneute Züchtung und Selektion usw. macht sich erforderlich.renewed breeding and selection, etc. is required.

Allgemein sind der Größe der zu züchtenden Einkristalle enge Grenzen gesetzt, da sie von der jeweiligen KeimkristallgrößeGenerally, the size of the monocrystals to be grown has narrow limits since it depends on the particular seed crystal size

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.

Als problematisch erweist sich auch der Vorgang des Einsetzens der Keimkristalle in die gesättigte Lösung. Die Lösung darf nicht,Another problem is the process of inserting the seed crystals in the saturated solution. The solution must not,

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

Wachstumsstörungen des Kristalls führen. Sie darf aber nicht untersättigt sein, da sich die Kristalle sonst an- oder oder garGrowth disturbances of the crystal lead. It must not be undersaturated, because otherwise the crystals on or or

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.

Das Einstellen der Sättigungstemperatur ist ein langwieriger Prozeß. Üblich sind z. B. Verfahren, bei denen Testkeimkristalle vonSetting the saturation temperature is a tedious process. Usual z. B. Methods in which test germ crystals of

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.

Der eigentliche Schwachpunkt bei der Herstellung großer Einkristalle vom KDP-Typ ist jedoch das Einsetzen der Keimkristalle inHowever, the real weakness in the production of large single crystals of the KDP type is the onset of the seed crystals in

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.

Deshalb ist es notwendig, die Keimkristalle vor dem Einsetzen in'die Lösung vorsichtig zu tempern, wobei die bereits auf eineTherefore, it is necessary to carefully heat the seed crystals before inserting them into the solution, using the ones already on one Halterung montierten Keime in einer separaten Vorrichtung allmählich auf die Temperatur der Lösung gebracht werden. DanachBracket mounted germs are gradually brought to the temperature of the solution in a separate device. After that

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

Keime kurzzeitig dem Klima des Kristallzuchtraumes und damit einem Temperatursturz von z. B. 30grd ausgesetzt sind, was zurGerms briefly the climate of the crystal growing space and thus a temperature drop of z. B. 30grd exposed, resulting in Folge hat, daß es trotz aller Vorsicht hin und wieder zu mechanischen Sprüngen und damit zu weiteren AusbeuteverlustenThe consequence is that in spite of all caution it sometimes leads to mechanical leaps and thus to further losses of yield

kommen kann.can come.

Ferner ist aus der Halbleitertechnologie die sogenannte Graphoepitaxie bekannt, die zuweilen dann angewendet wird, wennFurthermore, from the semiconductor technology, the so-called graphite epitaxy is known, which is sometimes used when

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.

Unter Graphoepitaxie wird ein Verfahren verstanden, bei dem eine kristalline Schicht auf einem amorphen Substrat aufgebrachtBy graphite epitaxy is meant a process in which a crystalline layer is 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

Substratoberfläche in ihrer Geometrie weitgehend mit der Geometrie der aufwachsenden Netzebene der SchichtSubstrate surface in its geometry largely with the geometry of the growing network level of the layer

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.

Dabei dient die Graphoepitaxie lediglich der Unterstützung des Rekristallisationsprozesses, um z.B. mit niedrigerenThe graphite epitaxy serves only to assist the recrystallization process, e.g. with lower Prozoßtemperaturen auszukommen und/oder um größere einkristalline Bereiche in der Schicht zu erhalten.Proceed process temperatures and / or to obtain larger monocrystalline areas in the layer. In der Kristallzüchtung au3 wäßriger Lösung ist die Graphoepitaxie bislang nur gelegentlich angewendet worden, umIn the crystal growth of aqueous solution, graphite epitaxy has been used only occasionally to date

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.

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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

Erfindungsgemäß werden aus zuvor gezüchteten Einkristallen gewonnene Keimplatten in (001 !-Orientierung durchAccording to the invention derived from previously grown monocrystals germ plates in (001! Orientation by

wasserlösliche, vorzugsweise aus Glas bestehende Keimplatten ersetzt, deren mikrolithographisch erzeugtewater-soluble, preferably made of glass germplates replaced, the microlithographically generated

Oberflächenstruktur einen Wachstumsmechanismus des aufwachsenden Kristallmaterials verursacht, der mit demSurface structure causes a growth mechanism of the growing crystal material associated with the Wachstumsmechanismus von KDP beim Aufwachsen auf natürlichen KDP-Platten mit (OOD-Orientierung weitgehendGrowth mechanism of KDP grown on natural KDP plates with (OOD orientation largely

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

Platte erfolgt.Plate done. Wie auch bei Verwendung von natürlichen Koimen entsteht aufgrund des für diese Einkristalle spezifischenAs with the use of natural Koimen arises due to the specific for these single crystals Wpchstumsmechanismus in der Nähe der Keimplatten zunächst eine kristallographisch stark gestörte Anwachszone in FormGrowth mechanism in the vicinity of the germplates first a crystallographically strongly disturbed growth zone in the form

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.

Die Anwendung der Graphoepitaxie, mit deren Hilfe den Kristalliten im Anwachsstadium die notwendige VororientierungThe use of graphite epitaxy, with the help of which crystallites in the growing stage, the necessary pre-orientation

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

Strukturierung der Keimplatten begrenzt wird und nicht durch die Größe von vorher zu züchtenden Einkristallen.Structuring of the germ plates is limited and not by the size of previously grown single crystals. Durch das erfind jngsgemäße Verfahren wird eine wesentliche Vereinfachung der unmittelbaren Vorbereitungsphase derThe inventive method substantially simplifies the immediate preparatory phase of the Kristallzüchtung erreicht. Der Einsatz von wasserunlöslichen Keimplatten gestattet es, auf die langwierige Prozedur derCrystal growth achieved. The use of water-insoluble germination plates allows the tedious procedure of the Einstellung der genauen Sättigungstemperatur zu verzichten.Setting the exact saturation temperature to be waived. Dio Keimplatten werden einfach in eine durch Temperaturerhöhung untersättigte Lösung des Kristallmaterials eingebracht,Dio germination plates are simply introduced into a solution of the crystal material which is undersaturated by increasing the temperature,

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.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch auf die Züchtung von Einkristallen mit ähnlichemThe application of the method according to the invention can also be applied to the cultivation of single crystals with similar Wachstumsmechanismus wie dem des KDP aus wäßrigen oder auch aus nichtwäßrigen Lösungen ausgedehnt werden.Growth mechanism such as that of KDP be extended from aqueous or non-aqueous solutions. AusführungsbelsplelAusführungsbelsplel Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbetopieles näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to a Ausführungsbetopieles. Für die Züchtung von KDP-Einkristallen aus wäßriger Lösung nach dem Temperatursenkverfahren werden zuvor KeimträgerFor the growth of KDP single crystals from aqueous solution by the temperature reduction method are previously germ carriers

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

Kanten der Platte parallel angeordneten Gräben besteht. Die Gitterkonstante dieses Grabensystems kann 1,8pm botragen,Edges of the plate consists of parallel trenches. The lattice constant of this trench system may be 1.8mm,

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.

Selbstverständlich kann die Glasplatte auch beiderseitig strukturiert sein.Of course, the glass plate can also be structured on both sides. In einer für die Durchführung des Temperaturverfahrens vorgesehenen Kristallzuchtapparatur mit entsprechendemIn an intended for carrying out the temperature method crystal growing apparatus with appropriate Nutzvolumen wird zunächst eine wäßn'ge KDP-Lösung hergestellt, die soviel gelöstes KDP-Material enthält, daß sie erst bei 5O0CEffective volume is first prepared a wäßn'ge KDP solution containing so much dissolved KDP material that they only at 5O 0 C.

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

Sättigungstemperatur liegt, relativ schnell abgekühlt werden. Dje weitere Verringerung der Temperatur erfolgt in definiertenSaturation temperature is relatively quickly cooled. The further reduction of the temperature takes place in defined

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.

Das exakte Bestimmen der Sättigungstemperatur, wie es zum Einbringen von wasserlöslichen, aus einem KDP-EinkristallThe exact determination of the saturation temperature, as for the introduction of water-soluble, from a KDP single crystal

herausgeschnittenen Keimplatten erforderlich wäre, kann erfindungsgemäß entfallen.cut germplates would be required, can be omitted according to the invention.

Selbstverständlich können auch mehrere wasserunlösliche mikrostrukturierte Keimträger in ein und dasselbe KristallzuchtgefäßOf course, several water-insoluble microstructured germ carriers in one and the same crystal growing vessel

zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Kristalle vom KDP-Typ eingebracht werden.for the simultaneous production of several KDP-type crystals.

Claims (4)

1. Verfahren zur Züchtung von Einkristallen der KDP-Gruppe aus wäßrigen Lösungen, vorzugsweise nach dem Temperatursenkverfahren, bei dem gelöstes Kristallmaterial infolge einer durch Temperatursenkung erreichten Übersättigung der wäßrigen Lösung aus dieser einkristallin auf einem Keimträger aufwächst, gekennzeichnet dadurch, daß als Keimträger bei einer beliebigen Konzentration der wäßrigen Lösung eine Platte eingebracht wird, welche aus einem wasserunlöslichen, von dem zu züchtenden Einkristall verschiedenen Material besteht und deren Oberfläche mit einer mikrolithographisch erzeugten reliefartigen Struktur mit Strukturbreiten im Mikrometer- oder Submikrometerbereich versehen ist, wobei die Geometrie dieser Struktur mit der kristallographischen Geometrie der in der Aufwachszone vorliegenden Netzebene des zu züchtenden Einkristalls in einer Weise übereinstimmt, daß ein orientiertes Aufwachsen des Kristallmaterials auf die strukturierten Flächen der wasserunlöslichen Platte erfolgt.1. A process for the growth of single crystals of the KDP group from aqueous solutions, preferably by the temperature lowering process, in which dissolved crystal material as a result of achieved by lowering the temperature supersaturation of the aqueous solution of this monocrystalline grows on a germ carrier, characterized in that as the germ carrier in any Concentration of the aqueous solution, a plate is introduced, which consists of a water-insoluble, different from the monocrystal to be grown material and whose surface is provided with a microlithographically generated relief-like structure with structure widths in the micrometer or Submikrometerbereich, the geometry of this structure with the crystallographic geometry the mesh plane of the single crystal to be grown in the growth zone coincides in such a way that an oriented growth of the crystal material on the structured surfaces of the water insoluble Ien plate takes place. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Keimträger eingesetzt wird, dessen MikroStruktur ein erstes Grabensystem darstellt, das aus zueinander und zu zwei Kanten der Platte parallel angeordneten Gräben besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that a germ carrier is used, the microstructure is a first trench system consisting of mutually parallel and to two edges of the plate arranged trenches. 3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Keimträger eingesetzt wird, dessen Mikrostruktur zusätzlich zum ersten Grabensystem ein zweites Grabensystem enthält, wobei das zweite Grabensystem senkrecht zum ersten angeordnet ist.3. The method according to claim 2, characterized in that a germ carrier is used, the microstructure in addition to the first trench system includes a second trench system, wherein the second trench system is arranged perpendicular to the first. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß ein Keimträger eingesetzt wird, dessen mikrostrukturierte Oberfläche zusätzlich ganzflächig aufgerauht ist, wobei die Rauhtiefe klein ist gegenüber der rielieftiefe der Mikrostruktur.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a seed carrier is used, the microstructured surface is roughened in addition over the entire surface, wherein the surface roughness is small compared to the r ielieftiefe the microstructure.
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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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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