MD4552C1 - Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal - Google Patents
Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal Download PDFInfo
- Publication number
- MD4552C1 MD4552C1 MDA20170049A MD20170049A MD4552C1 MD 4552 C1 MD4552 C1 MD 4552C1 MD A20170049 A MDA20170049 A MD A20170049A MD 20170049 A MD20170049 A MD 20170049A MD 4552 C1 MD4552 C1 MD 4552C1
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- niobium
- tantalum
- ampoule
- single crystals
- temperature
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- RDSGSPSSNTWRJB-UHFFFAOYSA-N arsanylidyneniobium Chemical compound [Nb]#[As] RDSGSPSSNTWRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 7
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims abstract description 35
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 6
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WTKKCYNZRWIVKL-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta+5] WTKKCYNZRWIVKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000011630 iodine Substances 0.000 abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la domeniul tehnologiei materialelor pentru ingineria electronică, în special la domeniul preparării materialelor sub formă de monocristale şi poate fi utilizată la producerea monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal.Procedeul de obţinere a monocristalelor de arseniură de tantal sau niobiu prin metoda reacţiei chimice de transport într-un volum închis cu un gradient de temperatură şi folosind iodul ca agent de transport, în care bucăţi de folii de tantal sau niobiu, arsen şi iod se încarcă în fiole şi se plasează într-un cuptor cu trei zone de temperaturi de 610 °C, 850 °C şi 800 °C, zona cu temperatura de 850 °C fiind la mijlocul fiolei, arsenul - în zona cu temperatura de 610 °C, tantalul sau niobiul - în zona cu temperatura de 800 °C, iar cantitatea de agent de transport (iod) se alege în dependenţă de limitele de presiune pentru fiola aleasă pentru sinteză.
Description
Invenţia se referă la domeniul tehnologiei materialelor pentru ingineria electronică, în special la domeniul preparării materialelor sub formă de monocristale şi poate fi utilizată la producerea monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal.
Actual sunt cunoscute moduri de preparare a monocristalelor de arseniuri de niobiu şi tantal prin metoda reacţiilor chimice de transport. În metodele menţionate pentru producerea monocristalelor de arseniuri de niobiu şi tantal sunt folosite arseniuri de niobiu şi tantal sintetizate anterior în cadrul altor procese tehnologice, adică procesul de obţinere a monocristalelor este divizat în două faze. Prima etapă constă în sinteza materialului pentru creşterea cristalelor, cea de-a doua etapă constă în creşterea monocristalelor propriu-zisă [1,2,3].
În comparaţie cu un proces tehnologic într-o singură etapă, procesul tehnologic în două etape are dezavantajele de a consta într-un număr mai mare de procese tehnologice implicate, ceea ce implică un cost mai mare de producere, precum şi un risc mai mare de contaminare a materialelor pe durata executării acestor procese.
Cea mai apropiată soluţie este metoda în care sinteza şi creşterea monocristalelor este realizată în aceeaşi fiolă, în două etape. Astfel este evitată reîncărcarea materialului din recipientul unde a fost sintetizat materialul în cel de creştere a cristalelor, în aşa fel reducându-se probabilitatea de contaminare a materialului şi micşorându-se costul de producţie prin eliminarea descărcării/transportării/reîncărcării materialului sintetizat în fiola unde are loc creşterea monocristalelor [4].
Astfel, într-un procedeu tipic, foliile de tantal (99,99%), arsenul (99,995%) şi iodul (99,99%) sunt introduse într-o fiolă din dioxid de siliciu (cuarţ), de 10 cm lungime şi cu diametrul interior de 1,8 cm, umplută iniţial cu argon. După încărcarea materialelor fiola este vidată până la presiuni de sub 1 Pa şi imediat sigilată, pentru a reduce pierderile de iod şi arsen. Raportul molar folosit Ta : I: I2 = 1 : 1 : 0,05. După aceasta, temperatura fiolei din dioxid de siliciu este crescută treptat, în decurs de 72 ore, de la temperatura camerei la 1000 °C. Pe durata creşterii temperaturii tantalul interacţionează aproape complet cu arsenul dând naştere la arseniură de tantal policristalină. După aceasta fiola este supusă unui gradient de temperaturi de la 1020 la 980 °C, iar reacţia de transport chimic iniţiată decurge 2 săptămâni, după ce fiola este lăsată să se răcească de sine stătător până la temperatura camerei. În timpul procesului de creştere, graţie numărului mare de particule de gaz în interiorul fiolei de cuarţ, presiunea poate atinge valori de până la câteva atmosfere, iar ca urmare, drumul liber al moleculelor de gaz va fi destul de mic, ceea ce este dezavantajos pentru difuzie. Pentru amplificarea convecţiei şi accelerarea vitezei de creştere a cristalelor, a fost propus de a plasa fiolele sub un unghi până la 30° faţă de orizontală. Pentru creşterea dimensiunii monocristalelor obţinute, autorii folosesc precursor-tantalul sub formă de folii recoapte şi lustruite. Concentraţia iodului, agent de transport, este unul dintre parametrii critici ai procesului: concentraţiile mici ale lui duc la reacţii lente, concentraţiile înalte ducând după sine riscul sporit de explozie a fiolei. Autorii în experimentele lor folosesc o concentraţie a iodului de 5 mg/ml. Prin aplicarea tehnologiei propuse de autori au fost obţinute monocristale de arseniură de tantal bine formate de câţiva milimetri mărime.
Neajunsul metodei date este temperatura ridicată de creştere, ceea ce, inevitabil, duce la contaminarea cristalelor cu elementele conţinute în pereţii fiolei, în primul rând cu siliciu şi oxigen. Aceasta este valabil atât pentru temperaturile de sinteză (cu valoarea maximă de 1000 °C), cât şi pentru temperaturile de creştere a cristalelor (în domeniul 1020…980 °C).
Scopul invenţiei propuse constă în îmbinarea proceselor de sinteză şi de creştere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal prin metoda reacţiilor chimice de transport cu utilizarea iodului în calitate de agent transportator într-un singur proces efectuat la temperaturi mai joase decât cele indicate în lucrările menţionate şi evitând necesitatea reîncărcării precursorilor dintr-o fiolă în alta.
Procedeul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea se încarcă într-o fiolă de cuarţ bucăţi de folii de tantal sau niobiu, arsen şi iod, în cantitate de 5 mg per fiecare cm3 al volumului fiolei, arsenul şi tantalul sau niobiul fiind plasate în capete opuse ale acesteia, fiola se videază, se sigilează şi se plasează într-un cuptor electric cu trei zone de temperaturi de 610°C, 850°C şi 800°C, zona cu temperatura de 850°C fiind la mijlocul fiolei, arsenul - în zona cu temperatura de 610°C, tantalul sau niobiul - în zona cu temperatura de 800°C, cu formarea în partea de mijloc a fiolei a monocristalelor separate de arseniură de tantal sau niobiu.
Obiectivul stipulat este atins prin realizarea în fiola de creştere a cristalelor a trei zone cu temperaturi de 610°C, 850°C şi 800°C, zona cu temperatura de 850°C fiind plasată în partea de mijloc a fiolei. Zona cu temperatura de 610°C este zona în care este plasat arsenul, iar în zona cu temperatura de 800°C este plasat niobiul sau tantalul. De asemenea, în fiolă se introduce şi iodul care va servi drept agent de transport în reacţiile chimice. Monocristalele cresc, în rezultatul desfăşurării procesului, în zona de mijloc, ce are temperatura cea mai înaltă.
Rezultatul tehnic constă în combinarea proceselor de sinteză a materialelor şi de creştere a cristalelor, ceea ce va permite reducerea costului de producere şi va spori calitatea monocristalelor obţinute.
Invenţia se explică prin desene din fig. 1-3, care reprezintă:
- fig.1, schema procesului tehnologic propus,
- fig. 2, monocristalele separate de arseniură de tantal,
- fig. 3, monocristale separate de arseniură de niobiu.
Procesul de creştere a cristalelor (Fig. 1) este realizat într-un cuptor cu rezistenţă electrică, în spaţiul de lucru (1) al căruia este plasată fiola (2) din sticlă de cuarţ, conţinând Nb (Ta) la unul din capetele sale şi As în celălalt capăt. Designul cuptorului asigură o distribuţie a temperaturii de-a lungul cuptorului conform celei indicate în fig.1. În fiola, de asemenea, este introdus şi iod în cantităţi de 5 mg/cm3 al fiolei. Fiola este vidată până la 10-3 bar şi sigilată.
Deosebirea principală dintre procedeul dat şi metodele cunoscute anterior constă în utilizarea profilului curbei de distribuţie longitudinală a temperaturilor în fiolă (şi, implicit, în cuptor) sub forma a trei regiuni, regiunea cu cea mai înaltă temperatură (850°C) fiind plasată la mijloc. În metodele de sintetizare şi creştere a cristalelor de arseniuri de niobiu şi tantal, cunoscute anterior, sunt utilizate doar două regiuni de temperaturi.
Exemplul 1
Bucăţi de folii de tantal (puritate 99,98%) cu grosimea de 0,5 mm şi în cantitate de 7,940 g, 3,290 g de arsen (puritate 99,999%) şi iod (puritate 99,98%), în cantitate de 5 mg per fiecare cm3 al volumului fiolei, sunt încărcate într-o fiolă de bioxid de siliciu (cuarţ), de 18 cm lungime şi cu diametrul interior de 2 cm, astfel încât arsenul şi tantalul să se afle în capetele opuse ale acesteia. Pentru a evita pierderile de iod, fiola este rapid supusă vidării până la 10-3 bar şi sigilată prin lipirea capătului deschis. Fiola astfel sigilată este plasată într-un cuptor cu rezistenţă electrică, cu o distribuţie a temperaturii de-a lungul axei cuptorului după cum este prezentat în fig.1, cu respectarea plasării substanţelor chimice din fiolă în zonele de temperaturi corespunzătoare. Precizia de menţinere a temperaturii a fost de 0,5 °C pentru fiecare dintre zonele specifice de temperaturi ale cuptorului. După menţinerea fiolei în cuptor timp de 12 zile, fiola este scoasă din cuptor şi deschisă. Monocristale separate de arseniură de tantal (prezentate în fig.2) au fost colectate din partea centrală a fiolei. Compoziţia şi structura cristalelor a fost confirmată prin difracţia razelor X pe pulberi obţinute din mai multe monocristale, cât şi pe mostre monocristaline.
Exemplul 2
Bucăţi de folii de niobiu (puritate 99,99%) cu grosimea de 1 mm şi în cantitate de 2,834 g, 2,285 g de arsen (puritate 99,999%) şi iod (puritate 99,98%), în cantitate de 5 mg per fiecare cm3 al volumului fiolei, sunt încărcate într-o fiolă de bioxid de siliciu (cuarţ), de 18 cm lungime şi cu diametrul interior de 1,8 cm, astfel încât arsenul şi niobiul să se afle în capetele opuse ale acesteia. Pentru a evita pierderile de iod, fiola este rapid supusă vidării până la 10-3 bar şi sigilată prin lipirea capătului deschis. Fiola astfel sigilată este plasată într-un cuptor cu rezistenţă electrică, cu o distribuţie a temperaturii de-a lungul axei cuptorului după cum este prezentat în fig.1, cu respectarea plasării substanţelor chimice din fiolă în zonele de temperaturi corespunzătoare. Precizia de menţinere a temperaturii a fost de 0,5 °C pentru fiecare dintre zonele specifice de temperaturi ale cuptorului. După menţinerea fiolei în cuptor timp de 21 zile, fiola este scoasă din cuptor şi deschisă. Monocristale separate de arseniură de niobiu (prezentate în fig.3) au fost colectate din partea centrală a fiolei. Compoziţia şi structura cristalelor a fost confirmată prin difracţia razelor X pe pulberi obţinute din mai multe monocristale, cât şi pe mostre monocristaline.
Astfel, este propus un procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniuri de tantal sau niobiu prin metoda reacţiei chimice de transport într-un volum închis cu un gradient de temperaturi şi folosind iodul ca agent de transport, îmbinând procesele de sinteză a compuşilor şi creşterea monocristalelor din aceştia.
1. B. Q. Lv, H. M. Weng, B. B. Fu, X. P. Wang, H. Miao, J. Ma, P. Richard, X. C. Huang, L. X. Zhao, G. F. Chen, Z. Fang, X. Dai, T. Qian, and H. Ding, Experimental Discovery of Weyl Semimetal TaAs, Phys.Rev.X5, 031013 (2015)
2. T. Besara, D. Rhodes, K.-W. Chen, Q. Zhang, B. Zheng,Y. Xin, L. Balicas, R. E. Baumbach, and T. Siegrist, Non-stoichiometry and Defects in the Weyl Semimetals TaAs, TaP, NbP, and NbAs, arXiv:1511.03221v1 [cond-mat.mtrl-sci] 10 Nov 2015
3. Chandra Shekhar, Vicky Sü and Marcus Schmidt, Mobility induced unsaturated high linear magnetoresistance in transition-metal monopnictides Weyl semimetals, arXiv:1606.06649v1[cond-mat.mtrl-sci] 21 June 2016
4. Zhilin Li, Hongxiang Chen, Shifeng Jin, Di Gan, Wenjun Wang, Liwei Guo, and Xiaolong Chen,Weyl Semimetal TaAs: Crystal Growth, Morphology, and Thermodynamics, Cryst. Growth Des. 16 (3), pp 1172-1175 (2016)
Claims (1)
- Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de tantal sau niobiu, care constă în aceea că se încarcă într-o fiolă de cuarţ bucăţi de folii de tantal sau niobiu, arsen şi iod, în cantitate de 5 mg per fiecare cm3 al volumului fiolei, arsenul şi tantalul sau niobiul fiind plasate în capete opuse ale acesteia, fiola se videază, se sigilează şi se plasează într-un cuptor electric cu trei zone de temperaturi de 610°C, 850°C şi 800°C, zona cu temperatura de 850 °C fiind la mijlocul fiolei, arsenul - în zona cu temperatura de 610 °C, tantalul sau niobiu - în zona cu temperatura de 800 °C, cu formarea în partea de mijloc a fiolei a monocristalelor separate de arseniură de tantal sau niobiu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDA20170049A MD4552C1 (ro) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDA20170049A MD4552C1 (ro) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD4552B1 MD4552B1 (ro) | 2018-02-28 |
| MD4552C1 true MD4552C1 (ro) | 2018-09-30 |
Family
ID=61282888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDA20170049A MD4552C1 (ro) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD4552C1 (ro) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6656615B2 (en) * | 2001-06-06 | 2003-12-02 | Nichia Corporation | Bulk monocrystalline gallium nitride |
-
2017
- 2017-04-20 MD MDA20170049A patent/MD4552C1/ro not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD4552B1 (ro) | 2018-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8492774B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing a SiC single crystal film | |
| EP2291551B1 (en) | High-pressure vessel for growing group iii nitride crystals and method of growing group iii nitride crystals using high-pressure vessel and group iii nitride crystal | |
| EP3656741A1 (en) | Method for producing high-bulk-density molybdenum oxychloride | |
| CN101575730A (zh) | 在还原性气氛中感应加热提拉生长晶体的方法 | |
| Bauer et al. | Ultra-high vacuum compatible preparation chain for intermetallic compounds | |
| US11066310B2 (en) | Tungsten pentachloride conditioning and crystalline phase manipulation | |
| CN104047054A (zh) | 低碳的iii族元素氮化物晶体 | |
| CN104651940A (zh) | 一种利用气相输运法生长二碲化钨单晶的方法 | |
| MD4552C1 (ro) | Procedeu de obţinere a monocristalelor de arseniură de niobiu sau tantal | |
| Tang et al. | High rate growth of nanocrystalline diamond films using high microwave power and pure nitrogen/methane/hydrogen plasma | |
| CN114351253B (zh) | 碳化硅单晶的制造方法及制造装置以及碳化硅单晶锭 | |
| CN101275275A (zh) | 制备化学计量比铌酸锂或钽酸锂晶片的方法 | |
| CN102859051B (zh) | Ii-vi族化合物半导体多晶的合成方法 | |
| US4956047A (en) | Process of making high quality single quartz crystal using silica glass nutrient | |
| CN116789137B (zh) | 降低氮元素杂质含量的碳化硅合成方法 | |
| JP5543255B2 (ja) | 窒化アルミニウム塊状単結晶の製造方法 | |
| CN113308732A (zh) | 一种碳化硅单晶的制备方法 | |
| CN115948804B (zh) | 一种Bi-O-Se-Cl四组分半导体材料的单晶生长方法 | |
| Vines et al. | Bulk Growth and Impurities | |
| CN116575109A (zh) | 一种红外非线性材料BaGa4Se7的单晶生长方法 | |
| Bodnar et al. | Temperature dependence of the band gap of FeIn2S4 single crystals | |
| JP6102687B2 (ja) | 複合酸化物単結晶の製造方法 | |
| CN106400102A (zh) | 一种可实现单晶在线退火的生长设备及其方法 | |
| CN105603249B (zh) | 一种具有梯田状外形Al‑Cu‑Fe准晶块体材料的制备方法 | |
| CN118028979B (zh) | 一种钆镓石榴石单晶的合成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG4A | Patent for invention issued | ||
| KA4A | Patent for invention lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) | ||
| MM4A | Patent for invention definitely lapsed due to non-payment of fees |