RU2064023C1 - СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-δ - Google Patents
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-δ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2064023C1 RU2064023C1 SU5054045A RU2064023C1 RU 2064023 C1 RU2064023 C1 RU 2064023C1 SU 5054045 A SU5054045 A SU 5054045A RU 2064023 C1 RU2064023 C1 RU 2064023C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- melt
- crucible
- growing
- solution
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников YВа2С3О7-б из высокотемпературных растворов, включающий нагрев исходной смеси оксидов Y2О3, ВаО2 и СuО до плавления, гомогенизацию раствора-расплава, охлаждение до температуры роста и выращивание при постоянной температуре. В начале процесса образуют питатель на дне тигля и ведут перекристаллизацию питателя на опущенные в расплав кристаллодержатели при градиенте температур, причем состав шихты берут в соотношении (моль.) : (0,041-0,155) Y2О3; (3,01-3,06) ВаО, (6,9-6,60) СuО, расплавляют, гомогенизируют и охлаждают со скоростью 1-5 град/час до температуры 910-960oС, перемешивая раствор-расплав вращением тигля со скоростью 1-40 об/мин при вертикальном градиенте 2-10o/см, обеспечивая дно холоднее поверхности расплава, а перекристаллизацию питателя ведут на опущенные кристаллодержатели (при необходимости с затравками) при обратном градиенте температур 0,5-2 град/см, скорости вращения тигля 1-40 об/мин и темпера - туре роста 910-960oС. Указанные условия обеспечивают получение более крупных объемных монокристаллов по сравнению с прототипом. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области выращивания монокристаллов, относящихся к высокотемпературным сверхпроводникам, в частности YBa2Cu3O7-б.
Известен способ выращивания монокристаллов YВа2Сu3О7-б (123), из высокотемпературных растворов путем медленного охлаждения раствора [1]
Указанный способ не позволяет создавать локальные места кристаллизации и, как следствие, получать монокристаллы больших размеров и хорошего качества.
Указанный способ не позволяет создавать локальные места кристаллизации и, как следствие, получать монокристаллы больших размеров и хорошего качества.
Известей способ выращивания монокристаллов YВа2Сu3О7-б из высокотемпературного раствора, выбранный в качестве прототипа [ 2] Он включает в себя нагрев исходных оксидов до температуры плавления одело 1000oС, гомогенизацию раствора в течение нескольких часов, быстрое охлаждение до 970oС, установление вертикального температурного градиента по расплаву путем локального теплоотвода от центра тигля, медленное охлаждение со скоростью 1-2oС/час до конца интервала кристаллизации, при этом вели ускоренно-замедленное вращение тигля (АСРТ), переворот тигля вокруг горизонтаньной оси с целью освобождения кристаллов от расплава. Размеры таких кристаллов 3 х 3 х 1 5 х 5 x 0,5 мм3.
Недостаток этого способа выращивания заключается в массовой кристаллизации даже при малых ≈ 0,5oС/час скоростях охлаждения. В этих условиях практически исключается контролирование процесса роста и получение крупных кристаллов.
Сущность изобретения заключается в том, что рост монокристаллов ( 123) включает нагрев исходных оксидов выше температуры ликвидуса, гомогенизацию раствор-расплава около 1000oС и охлаждение до температуры роста, выращивание в температурном градиенте, при этом процесс ведут в две стадии - получают питатель на дне тигля и производят перекристаллизацию питателя на опущенные в расплав кристаллодержатели при градиенте температур. Для этого шихту из смеси оксидов Y2О3, ВаО(ВаО2), СuО состава, (моль): (0,041-0,155) Y2О3, (3,01-3,06) ВаО, (6,9-6,60) СuО расплавляют и охлаждают со скоростью 1-5oС/ч до температуры 910- 960oС, перемешивая раствор-расплав вращением тигля со скоростью 1-40 об/мин. при вертикальном градиенте температур 2-10oС/см, обеспечивая при этом дно тигля холоднее поверхности расплава.
Затем перекристаллизацию питателя производят на опущенные в расплав кристаллодержатели как с закрепленными на них затравочными кристаллами, так и без них, при вертикальном градиенте температур 0,5-2oС/см, обеспечивая при этом дно тигля горячее поверхности расплава при скорости вращения тигля 1-40 об/мин и температуре роста в пределах 910-960oС. Состав шихты из смеси оксидов Y2О3, ВаО2, Сu соответствует части ликвидуса соединения (123) в квазибинарном сечении 1/6 YВа2Сu3О7 - 1/10 Ва3Сu7О10 в пределах от 980oС до 930oС,
который отвечает наиболее эффективному росту кристаллов (123) и минимальной температуре гомогенизации. Увеличение содержания ВаО2 иди СиО в шихте по отношению к указанной выше приводит к кристаллизации сопутствующих фаз ВаСuО2 или СиО, увеличение Y2О3 в шихте приводит к образованию "зеленой" фазы Y2BaCuO5, что снижает выход кристаллов YBa2Cu3O7-б или совсем исключает их получение.
который отвечает наиболее эффективному росту кристаллов (123) и минимальной температуре гомогенизации. Увеличение содержания ВаО2 иди СиО в шихте по отношению к указанной выше приводит к кристаллизации сопутствующих фаз ВаСuО2 или СиО, увеличение Y2О3 в шихте приводит к образованию "зеленой" фазы Y2BaCuO5, что снижает выход кристаллов YBa2Cu3O7-б или совсем исключает их получение.
На первой стадии вращение тигля 1-40 об/мин, скорость охлаждения 1-5oС/ч и градиент температуры 2-10oС/см выбраны из соображения оптимального получения плотного мелкокристаллического питателя на дне тигля. При скорости вращения тигля менее 1 об/мин питатель образуется в виде рыхлого слоя мелких кристалликов почти по всей глубине расплава, препятствуя введению кристаллоносцев. Скорость вращения более 40 об/мин приводит к механической и тепловой неустойчивости расплава в тигле, сопровождаясь турбулизацией вокруг кристаллодержателей и образованием спонтанных кристаллов на стенках и держателях, скорость охлаждения менее 1 град/час приводит к росту непроизводительных затрат времени и увеличению примесей в расплаве из-за взаимодействия с материалом тигля. Охлаждение со скоростями более 5 град/час не обеспечивали образования плотного слоя кристаллов на дне тигля. Спонтанные кристаллы при таких скоростях охлаждения возникают по всему объему расплава. При температурном градиенте менее 2 град/см не удается получить компактный питатель на дне тигля. Он представляет собой рыхлый слой кристаллов по всему объему расплава. Верхний предел градиента температуры (10 град/см) ограничен возможностями используемой тепловой зоны.
На второй стадии при выращивании монокристаллов (123) градиент 0,5-2oС/см выбран в пределах от начала роста монокристалла (123)(при ≥0,5oС/см) до появления спонтанных кристаллов ( при >= 2oС/мин), вращение тигля при этом 1-40 об/мин отвечает оптимальному перемешиванию раствора при сохранении температурного поля. Уменьшение скорости вращения (< 1 об/мин) приводит к недостаточному перемешиванию расплава и, как следствие, к снижению выхода и ухудшению качества кристаллов. При увеличении скорости вращения более 40 об/мин не удается поддерживать постоянные условия роста (пересыщение), что приводит также к снижению выхода крупных кристаллов и ухудшению качества. Перекристаллизацию питателя ведут при обратном градиенте (0,5-2oС/см, поверхность расплава холоднее дна тигля) с непрерывным вращением тигля (1-40 об/мин). Путем естественной конвекции и дополнительного перемешивания расплава вращением тигля происходит перенос обогащенного раствора от дна к поверхности, при этом идет зарождение и рост монокристаллов (123) на кристаллодержателях. При использовании затравки путем минимизации градиента температур по расплаву можно добиться роста только затравочного монокристалла. При установлении постоянного пересыщения путем непрерывной подпитки растущих кристаллов за счет питателя и роста при постоянной температуре удается получить объемные кристаллы (123) более крупные (9 x 9 x 6 мм3), чем по способу-прототипу.
На чертеже представлено схематично устройство, с помощью которого реализуется предложенный способ.
Устройство содержит камеру 1 нагрева с независимыми нагревателями 2 и 3, в которой установлен тигель 4 с расплавом 5 с возможностью его вращения и ввода и вывода кристаллодержателей 6.
Пример. Шихту из смеси оксидов Y2О3, ВаО2, СuО в соотношении, моль: 0,151 Y2О3, 5,05 ВаО2, 661 СuО общей массой 500 г загружают в корундовый тигель 4 и нагревают до 1000oС, выдерживают около 1 часа и быстро охлаждают до 980oС, при этом с помощью независимых нагревателей 2 и 3 градиент по расплаву 5 устанавливают 5oС/см (дно тигля холоднее поверхности расплава). От температуры 980oС до 930oС производят медленное (2,5oС/час) охлаждение камеры нагрева 1. При этом держатели 6 без затравочных кристаллов опущены в расплав, скорость вращения тигля составляет 20 об/мин. После получения питателя 7 на дне тигля градиент в печи меняли на обратный и устанавливали значение 1,5oС/см. Перекристаллизацию проводили на опущенные в расплав держатели, на одном из которых закреплен затравочный кристалл размером 1,5 х 1,5 х 1 мм3. Продолжительность цикла роста 10 суток, после чего кристаллодержатели выводили из расплава и охлаждали вместе с печью до комнатной температуры. Спонтанные кристаллы имели размер до 6 х 6 х 4 мм2, затравочный кристалл 9 х 9 х 6 мм3.
Claims (1)
- Способ выращивания монокристаллов JBa2Cu3O7 -б из высокотемпературного раствора, включающий нагрев в тигле исходных оксидов Y2O3, BaO(BaO2) и CuO выше температуры ликвидуса, гомогенизацию раствор-расплава при температуре около 1000oС, охлаждение его до температуры роста и выращивания кристаллов при наличии обратного температурного градиента в расплаве, отличающийся тем, что исходные оксиды берут в следующем соотношении (мольные доли) (0,041-0,155) Y2O3, (3,01-3,06) BaO и (6,9-6,60) CuO, нагрев и охлаждение ведут со скоростью 1-5oС/ч, после охлаждения до 910-960oС проводят перемешивание раствора-расплава со скоростью 1-40 об/мин при прямом вертикальном температурном градиенте величиной 2-10oС/см до образования на дне тигля питателя, затем изменяют температурный градиент на обратный до величины 0,5-2oС/см и проводят выращивание кристаллов на опущенные в расплав кристаллодержатели с затравками или без них при скорости вращения тигля 1-40 об/мин, в интервале 910-960oС.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5054045 RU2064023C1 (ru) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-δ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5054045 RU2064023C1 (ru) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-δ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2064023C1 true RU2064023C1 (ru) | 1996-07-20 |
Family
ID=21609204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5054045 RU2064023C1 (ru) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-δ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2064023C1 (ru) |
-
1992
- 1992-03-26 RU SU5054045 patent/RU2064023C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. T. Wolf at el. Growth of thich YBa 2 Cu 3 O 7 -б single crystals frot Al 2 O 3 crucibles. - J.Cryst. Growth, 1989, 96, 1010-1018. 2. Сб. Получение, свойства и анализ высокотемпературных сверхпроводящих материалов и изделий. - Свердловск, 1990, с.74-78. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0252537A1 (en) | Process for crystal growth of KTiOPO4 from solution | |
US3768983A (en) | Single crystal beryllium oxide growth from calcium oxide-beryllium oxide melts | |
US5343827A (en) | Method for crystal growth of beta barium boratean | |
JP2740427B2 (ja) | 酸化物結晶の作製方法 | |
RU2064023C1 (ru) | СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ YBa2Cu3O7-δ | |
CN1032072C (zh) | 用改进的熔盐籽晶法生长低温相偏硼酸钡单晶 | |
JP2001192289A (ja) | 化合物半導体単結晶の製造方法 | |
JP2004203721A (ja) | 単結晶成長装置および成長方法 | |
US4708763A (en) | Method of manufacturing bismuth germanate crystals | |
EP0187843A1 (en) | GROWTH OF A UNIQUE CADMIUM-INDIUM-TELLURIDE CRYSTAL. | |
MARSHALL et al. | Technique for the growth of compositionally ungraded single crystals of solid solutions(Patent) | |
RU2114221C1 (ru) | Способ выращивания монокристаллов трибората лития | |
KR100276969B1 (ko) | 포타시움니오베이트용융액혼합장치와이를이용한포타시움니오베이트단결정제조방법 | |
SU1740505A1 (ru) | Способ выращивани монокристаллов гематита @ -F @ О @ | |
RU1175186C (ru) | Способ получения кристаллов со структурой берилла | |
RU2119976C1 (ru) | Способ выращивания монокристалла двойного цезий-литий бората cslib6o10 | |
JP2852405B2 (ja) | Bi▲下2▼(Sr,Ca)▲下3▼ Cu▲下2▼ O▲下8▼単結晶の溶液引き上げ法による製造方法 | |
JPS59141488A (ja) | 単結晶育成装置 | |
RU1816813C (ru) | Способ получени монокристаллов ортосиликата кали и свинца | |
RU1431391C (ru) | Способ выращивания монокристаллов теллурида кадмия | |
JP2814657B2 (ja) | 化合物半導体単結晶の育成方法 | |
RU2058441C1 (ru) | Способ выращивания монокристаллов твердых растворов халькогенидов сурьмы и висмута | |
RU2245402C2 (ru) | Способ получения монокристаллов алюмината лития | |
JPS58130189A (ja) | 化合物半導体結晶成長装置 | |
RU1833659C (ru) | Способ получения монокристаллов висмут-свинец-стронций-кальциевого купрата |