RU2019584C1 - METHOD OF GROWING OF GALLIUM BORATE GaBO3 MONOCRYSTALS - Google Patents
METHOD OF GROWING OF GALLIUM BORATE GaBO3 MONOCRYSTALS Download PDFInfo
- Publication number
- RU2019584C1 RU2019584C1 SU4931917A RU2019584C1 RU 2019584 C1 RU2019584 C1 RU 2019584C1 SU 4931917 A SU4931917 A SU 4931917A RU 2019584 C1 RU2019584 C1 RU 2019584C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- solution
- crystals
- melt
- melt solution
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области управляемой раствор-расплавной кристаллизации и может найти применение при получении кристаллов GaBO3 в физическом эксперименте и оптоэлектронике.The invention relates to the field of controlled solution-melt crystallization and may find application in the preparation of GaBO 3 crystals in a physical experiment and optoelectronics.
Известен единственный способ получения монокристаллов GaBO3 Fe3+ с использованием борат-висмутового растворителя B2O3 - Bi2O3. В этом способе смесь Ga2O3 5,9 г, Fe2O3 0,13 г, В2О3 6,9 г, Bi2O3 17,1 г наплавляли в платиновый тигель объемом 18 см3. Тигель закрывали крышкой и помещали в печь электрического сопротивления. Температуру в печи поднимали до 1150оС и поддерживали 8 ч. Затем следовало быстрое охлаждение до 800оС с выдержкой 1 ч при этой температуре, после чего температуру быстро поднимали до 880оС с последующим понижением до 750оС по 2оС/ч.The only known method for producing single crystals of GaBO 3 Fe 3+ using a borate-bismuth solvent B 2 O 3 - Bi 2 O 3 . In this method, a mixture of Ga 2 O 3 5.9 g, Fe 2 O 3 0.13 g, B 2 O 3 6.9 g, Bi 2 O 3 17.1 g was melted into a platinum crucible with a volume of 18 cm 3 . The crucible was covered with a lid and placed in an electric resistance furnace. The furnace temperature was raised to 1150 C and maintained for 8 hours. This was followed by rapid cooling to 800 ° C with
Этот способ является прототипом изобретения. Недостаток этого способа заключается в том, что состав шихты и интервалы кристаллизации количественно не обоснованы, так как не подкреплены физико-химическими исследованиями и, как следствие этого, небольшие размеры (2х2х0,5 мм3) монокристаллов. Кpоме того, использование растворителя B2O3 - Bi2O3 при выращивании кристаллов GaBO3 создает обширную область ликвидации раствора-расплава, что делает невозможным осуществление управляемого синтеза монокристаллов этого соединения.This method is a prototype of the invention. The disadvantage of this method is that the composition of the charge and the crystallization intervals are not quantitatively substantiated, since they are not supported by physicochemical studies and, as a result of this, the small sizes (2x2x0.5 mm 3 ) of single crystals. In addition, the use of the solvent B 2 O 3 - Bi 2 O 3 when growing GaBO 3 crystals creates an extensive area for the liquidation of the melt solution, which makes it impossible to carry out controlled synthesis of single crystals of this compound.
Цель изобретения - увеличение размеров монокристаллов и упрощение способа выращивания. Поставленная цель достигается тем, что в расплав, содержащий Ga2O3 и В2О3, вводят PbО-PbF2 при следующем соотношении компонентов, мас. % : Ga2O3 16,8-18,6 B2O3 42,4-42,9 PbO 27,3-28,2 PbF2 11,7-12,1 перегрев ведут до 950-1000оС с перемешиванием раствора-расплава, затем охлаждают до температуры 815-845оС и выдерживают 22-24 ч с перемешиванием раствора-расплава, далее температуру поднимают до 820-850оС с последующим понижением до температуры 810-840оС по закону (10-7-10-8)t3, где t3 - время, в часах, после чего мешалку с выросшими на ней кристаллами поднимают над тиглем. Кристаллы отделяют от мешалки.The purpose of the invention is the increase in the size of single crystals and the simplification of the method of growing. This goal is achieved by the fact that PbO-PbF 2 is introduced into the melt containing Ga 2 O 3 and B 2 O 3 in the following ratio of components, wt. %: Ga 2 O 3 16.8-18.6 B 2 O 3 42.4-42.9 PbO 27.3-28.2 PbF 2 11.7-12.1 overheating leads to 950-1000 о С by stirring the melt solution, then it is cooled to a temperature of 815-845 о С and incubated for 22-24 hours with stirring of the melt solution, then the temperature is raised to 820-850 о С, followed by lowering to a temperature of 810-840 о С according to the law (10 - 7 -10 -8 ) t 3 , where t 3 is the time, in hours, after which the stirrer with the crystals grown on it is raised above the crucible. The crystals are separated from the stirrer.
Сравнение заявляемого способа с другими техническими решениями в данной области техники не позволяет выявить в них признаки, предлагаемые в качестве отличительных, на основании чего следует вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия". Comparison of the proposed method with other technical solutions in this technical field does not allow us to identify the signs proposed as distinctive, on the basis of which it follows that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".
В предлагаемом способе выращивания используются температура и соотношение компонентов раствора-расплава, выбранные на основе исследования кривой растворимости GaBO3 в растворителе состава 47,7 В2О3; 36,6 PbO; 15,7 PbF2. Предлагаемые составы укладываются на эту кривую растворимости. Отметим, что выбор такого состава растворителя обеспечивает гомогенность раствора-расплава.The proposed method of growing uses the temperature and the ratio of the components of the solution-melt, selected on the basis of the study of the solubility curve of GaBO 3 in a solvent of 47.7 V 2 O 3 ; 36.6 PbO; 15.7 PbF 2 . The proposed compositions fit into this solubility curve. Note that the choice of such a solvent composition ensures the homogeneity of the solution-melt.
Раствор-расплав перегревают в течение tпер. 5-7 ч при температурах Тпер. 1000-950оС с его перемешиванием, что на 150оС выше температуры насыщения Тнас., установленной из физико-химических исследований. Такой режим обеспечивает переход раствора-расплава в гомогенное состояние.The melt solution is overheated for tper. 5-7 hours at temperatures T per. 1000-950 о С with its stirring, which is 150 о С higher than the saturation temperature Т us. established from physico-chemical studies. This mode ensures the transition of the solution-melt into a homogeneous state.
Температура Т1 845-815оС и время выдержки t1 22-24 ч выбраны на основе исследования числа центров кристаллизации, выпадающих на мешалке в зависимости от переохлаждения раствора-расплава. Выбор таких температур и времени выдержки оказывается достаточным для создания 10-20 центров кристаллизации.The temperature T 1 845-815 о С and the exposure time t 1 22-24 h are selected on the basis of a study of the number of crystallization centers falling on the mixer depending on the supercooling of the melt solution. The choice of such temperatures and the exposure time is sufficient to create 10-20 crystallization centers.
Затем температуру повышают на 5-7оС до Т2. Установлено, что при подъеме температуры на 5-7оС выше Т1 не происходит дальнейшего возникновения центров кристаллизации, но при этом раствор-расплав находится в метастабильном состоянии, что обеспечивает медленный устойчивый рост кристалла.Then the temperature is increased by 5-7 about C to T 2 . It is found that when the temperature rise of 5-7 ° C above the T 1 no further occurrence of nucleation, but the melt solution is in the metastable state, which ensures slow sustained growth of the crystal.
В дальнейшем температуру понижают по закону ≈t3, где t - время. Для заявляемого технического решения этот закон авторами приведен к виду Тt = Т2 - α t3, где Тt - текущая температура, t - время, в часах, α - коэффициент, рассчитываемый из конкретных условий эксперимента и для данного случая, в предположении, что кристалл аппроксимируется диском, равен 2πρNV
Температуру Т2 понижают на 9-10 до 840-810оС, что оказывается достаточным для получения 15-20 кристаллов размером от 2х2х1 до 5х5х2,5 мм3. После этого поднимают мешалку с выросшими на ней кристаллами над раствором-расплавом и отключают печь. Кристаллы отделяют от мешалки в горячем 20%-ном водном pастворе HNO3.T 2 The temperature was lowered to 9-10 840-810 C, which is sufficient to obtain a crystal size of 15-20 2h2h1 5h5h2,5 to 3 mm. After that, raise the stirrer with the crystals grown on it above the melt solution and turn off the furnace. The crystals are separated from the stirrer in a hot 20% aqueous solution of HNO 3 .
Подъем температуры до Тпер. = =1000-950оС, понижение температуры до Т1 = =845-815, подъем температуры до Т2 850-820оС может быть проведен с произвольной скоростью и в данном случае его скорость ограничивалась теплофизическими характеристиками печи.Temperature rise up to T lane = 1000-950 ° C, lowering the temperature to T 1 = 845-815, the temperature rise up to T 2 of 850-820 C may be conducted at an arbitrary speed, and in this case its speed is limited by the thermal characteristics of the furnace.
Таким образом, обоснованный выбор состава шихты и температурного режима, с использованием данных по кривой растворимости, числа центров и скоростей роста граней кристалла в зависимости от переохлаждения, обеспечивает возможность получения монокристаллов до 5х5х2,5 мм3.Thus, a reasonable choice of the composition of the mixture and the temperature regime, using data on the solubility curve, the number of centers and growth rates of crystal faces depending on supercooling, makes it possible to obtain single crystals up to 5x5x2.5 mm 3 .
Упрощение способа, по сравнению с прототипом, состоит в том, что сокращен температурный интервал кристаллизации, понижена температура Тпер.The simplification of the method, compared with the prototype, consists in the fact that the temperature range of crystallization is reduced, the temperature T per .
П р и м е р 1. Шихту массой 300 г (Ga2O3 - 17,6 мас.% квалификации ОСЧ, В2О3 - 42,7 мас.% квалификации ОСЧ, PbО - 27,8 мас.% квалификации ОСЧ, PbF2 11,9 мас.% квалификации ОСЧ) наплавляли в платиновый тигель объемом 225 см3 (стакан конусный платина ПЛ 99,9 ТКА 07073 ТУ-48-1-447-83, D= 70; d = 60; δ= 1,0; Н = 70) при температуре 850оС. Глубина направленного раствора-расплава 25 мм. Температура насыщения Тнас. = 845оС.PRI me
После наплавления шихты тигель устанавливали в печь электрического сопротивления. Температуру в печи за 1-1,5 ч поднимали до Тпер. 1000оС и выдерживали tпер. 5 ч с перемешиванием раствора-расплава (скорость вращения мешалки ω= 60 об/мин, мешалка платиновая, платина ПЛ 99,9). Затем мешалку отключали, и понижалась температура за 20-25 мин до Т1830оС с последующей выдержкой в течение t1 24 ч и перемешиванием раствора-расплава, ω=60 об/мин. Затем температуру поднимали до Т2 835оС за 1-2 мин с последующим понижением по закону Tt = Т2 - 10-7 t3. При температуре Тtкон ≈ 825оС мешалка, с выросшими на ней кристаллами, была поднята над тиглем, а печь отключена.After the charge was fused, the crucible was installed in an electric resistance furnace. The temperature in the furnace for 1-1.5 hours was raised to T per. 1000 about C and
Были получены 15-20 монокристаллов GaBO3 размером от 2х2х1 дот 5х5х2,5 мм3.15–20 GaBO 3 single crystals were obtained with sizes ranging from 2 × 2 × 1 to 5 × 5 × 2.5 mm 3 .
П р и м е р 2. Шихту массой 300 г (Ga2O3 - 18,6 мас.% квалификации ОСЧ, В2О3 - 42,4 мас.% квалификации ОСЧ, PbО - 27,3 мас.% квалификации ОСЧ, PbF2 - 11,7 мас.% квалификации ОСЧ) наплавляли в платиновый тигель объемом 225 см3 (стакан конусный, платина ПЛ 99,9 ТКА 07073 ТУ-48-1-447-83, D 70, d 60, δ1,0, 70) при температуре ≈850оС. Глубина наплавленного раствора-расплава 25 мм. Температура насыщения Тнас. 860оС. После наплавления шихты тигель устанавливали в печь электрического сопротивления. Температуру в печи за 1-1,5 ч поднимали до Тпер. = 1000оС и выдерживали tпер. 7 ч с перемешиванием раствора-расплава (скорость вращения мешалки ω 50 об/мин, мешалка платиновая, платина ПЛ 99,9). Затем мешалка отключалась и следовало понижение температуры за 20-25 мин до Т1 845оС с последующей выдержкой в течение t1 22 ч и перемешиванием раствора-расплава, ω 50 об/мин. Затем температуру поднимали до Т2 850оС за 1-3 мин с последующим понижением по закону Тt = Т2 - 10-7 t3. При температуре Тtкон. ≈841оС мешалка, с выросшими на ней кристаллами, была поднята над тиглем, а печь отключена. Были получены около 20 монокристаллов GaBO3 размером от 2х2х1 до 5х4х2,5 мм3.PRI me R 2. The mixture weighing 300 g (Ga 2 O 3 - 18.6 wt.% Qualification OSH, In 2 About 3 - 42.4 wt.% Qualification OSH, PbO - 27.3 wt.% Qualification TSP, PbF 2 - 11.7 wt.% TSP qualification) was melted into a 225 cm 3 platinum crucible (conical beaker, PL 99.9 TKA 07073 TU-48-1-447-83, D 70, d 60, δ1 platinum , 0, 70) at a temperature of ≈850 о С. The depth of the deposited melt solution is 25 mm.
П р и м е р 3. Шихту массой 400 г (Ga2O3 - 16,8 мас.% квалификации ОСЧ, В2О3 - 42,9 мас.% квалификации ОСЧ, PbO + 28,2 мас.% квалификации ОСЧ, PBF2 - 12.1 мас.% квалификации ОСЧ) наплавляли в платиновый тигель объемом 225 см3 (стакан конусный, платина ПЛ 99,9 ТКА 07073 ТУ-48-1-447-83, D = 70, d = 60, δ= 1,0, Н = 70) при температуре ≈850оС. Глубина наплавленного раствора-расплава 15 мм. Температура насыщения Тнас. 830оС. После наплавления шихты тигель устанавливали в печь электрического сопротивления. Температуру в печи за 1-1,5 ч поднимали до Тпер. 950оС и выдерживали tпер. 7 ч с перемешиванием раствора-расплава (скорость вращения мешалки ω= 60 об/мин, мешалка платиновая, платина ПЛ 99,9). Затем мешалку отключали и следовало понижение темпертатуры за 20-25 мин до Т1 815оС с последующей выдержкой в течение t1 24 ч и перемешиванием раствора-расплава, ω= 60 об/мин. Затем температуру поднимали до Т2 822оС за 1-2 мин с последующим понижением по закону Тt = = Т2 - 7˙ 10-8 t 3. При температуре Тtкон≈813оС мешалка, с выросшими на ней кристаллами, была поднята над тиглем, а печь отключена. Были получены около 20 монокристаллов GaBO3, размеры от 2х2х1 до 4х4х2 мм3.PRI me R 3. The mixture weighing 400 g (Ga 2 O 3 - 16.8 wt.% Qualification TSP, In 2 About 3 - 42.9 wt.% Qualification TSP, PbO + 28.2 wt.% Qualification TSP, PBF 2 - 12.1 wt.% TSP qualification) was melted into a 225 cm 3 platinum crucible (conical beaker, PL 99.9 TKA 07073 TU-48-1-447-83 platinum, D = 70, d = 60, δ = 1.0, Н = 70) at a temperature of ≈850 о С. The depth of the deposited melt solution is 15 mm.
Данные по другим экспериментам, приведенным по такой же схеме, но с другим соотношением компонентов раствора-расплава, приведены в таблице. Data for other experiments shown in the same way, but with a different ratio of the components of the solution-melt, are given in the table.
Claims (1)
Оксид галлия Ga2O3 16,8 - 18,6
Оксид бора В2О3 42,4 - 42,9
Оксид свинца РвО 27,3 - 28,2
Фторид свинца PbF 11,7 - 12,1
перегрев ведут до 950 - 1000oС при перемешивании раствора-расплава мешалкой, затем охлаждают его до T1 = 815 - 845oС и выдерживают 22 - 24 ч, после чего нагревают раствор-расплав до T2 = 820 - 850oС, а затем охлаждают на 10oС по закону
Tt = T2 - α t 3 ,
где Tt - текущая температура, oС;
α = 10-7 - 10-8;
t - текущее время,
после чего мешалку с выросшими кристаллами поднимают над тиглем и отделяют кристаллы.METHOD FOR GROWING GALLIUM BORATE SINGLE CRYSTALS GaBO 3 , including overheating of a melt solution in a crucible containing gallium oxide Ga 2 O 3 and boron oxide B 2 O 3 , crystallization and subsequent cooling, characterized in that, in order to increase the size of single crystals and simplify the method, lead oxide and fluoride are additionally introduced into the melt solution in the following ratio of components, wt.%:
Gallium oxide Ga 2 O 3 16.8 - 18.6
Boron oxide B 2 O 3 42.4 - 42.9
Lead oxide RvO 27.3 - 28.2
Lead fluoride PbF 11.7 - 12.1
overheating is carried out to 950 - 1000 o С while stirring the melt solution with a stirrer, then it is cooled to T 1 = 815 - 845 o С and incubated for 22 - 24 hours, after which the melt solution is heated to T 2 = 820 - 850 o С, and then cooled at 10 o With the law
T t = T 2 - α t 3 ,
where T t is the current temperature, o C;
α = 10 -7 - 10 -8 ;
t is the current time,
after which the mixer with the grown crystals is raised above the crucible and the crystals are separated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4931917 RU2019584C1 (en) | 1991-04-29 | 1991-04-29 | METHOD OF GROWING OF GALLIUM BORATE GaBO3 MONOCRYSTALS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4931917 RU2019584C1 (en) | 1991-04-29 | 1991-04-29 | METHOD OF GROWING OF GALLIUM BORATE GaBO3 MONOCRYSTALS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2019584C1 true RU2019584C1 (en) | 1994-09-15 |
Family
ID=21572220
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4931917 RU2019584C1 (en) | 1991-04-29 | 1991-04-29 | METHOD OF GROWING OF GALLIUM BORATE GaBO3 MONOCRYSTALS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2019584C1 (en) |
-
1991
- 1991-04-29 RU SU4931917 patent/RU2019584C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Руденко В.В. Магнитная анизотропия ромбоэдрических антиферромагнитных кристаллов со слабым ферромагнетизмом. Кандидатская диссертация. Симферополь, 1983 г., с.113-117. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4040895A (en) | Control of oxygen in silicon crystals | |
JPH0152359B2 (en) | ||
JP2002293693A (en) | Terbium-aluminum-garnet single crystal and method of manufacturing for the same | |
EP0092409B1 (en) | Process for manufacturing boron-doped gallium arsenide single crystal | |
RU2019584C1 (en) | METHOD OF GROWING OF GALLIUM BORATE GaBO3 MONOCRYSTALS | |
JP3289896B2 (en) | Doped crystalline compositions and methods for their production | |
Bonner | A novel non-Pb flux system for the preparation of yttrium and rare earth iron gallium and aluminum garnets | |
Burianek et al. | Crystal growth of boron sillenite Bi24B2O39 | |
JPH0244798B2 (en) | ||
JPH0234597A (en) | Growing method for gaas single crystal by horizontal bridgman method | |
JPH11268998A (en) | Gallium arsenic single crystal ingot, its production, and gallium arsenic single crystal wafer using the same | |
US4302280A (en) | Growing gadolinium gallium garnet with calcium ions | |
US4046954A (en) | Monocrystalline silicates | |
JP3237408B2 (en) | Method for manufacturing compound semiconductor crystal | |
RU2108418C1 (en) | Method for growing single crystals of lanthanum-gallium silicate | |
JP3196182B2 (en) | Single crystal growth method | |
US3051656A (en) | Method of preparing magnetic garnet crystals | |
JP3216297B2 (en) | Liquid phase epitaxial growth equipment | |
JPH10152393A (en) | Growth of bulk crystal and seed crystal for bulk crystal growth | |
RU2112820C1 (en) | Method of growing lithium triborate monocrystals | |
RU1175186C (en) | Method of obtaining crystals with beryllium structure | |
RU1816813C (en) | Process for preparing potassium and lead orthosilicate monocrystals | |
RU2156327C2 (en) | Method of preparing charge for growing lanthanum-gallium silicate monocrystals | |
JP2739547B2 (en) | Method for producing lithium borate single crystal | |
JP2787995B2 (en) | Method for producing lithium tetraborate single crystal |