UA147971U - СПОСІБ ОТРИМАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ Tl_1-xIn_1-xGe_x(Si_x)Se₂ (х=0,1, 0,2) - Google Patents

Abstract

Спосіб отримання монокристалів Tl1-xIn1-xGex(Six)Se2 (х=0,1, 0,2) (х=0,1, 0,2) включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей простих речовин, синтез та вирощування монокристалів заданого складу у запаяних вакуумованих кварцових ампулах з конусоподібним дном вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера, відпал отриманого монокристалу та остаточне охолодження до кімнатної температури. Синтез Tl1-xIn1-xGex(Six)Se2 (х=0,1, 0,2) (x=0,1, 0,2) проводять у печі протягом 5-6 год. при температурі 1200-1220 K, а операцію вирощування монокристалу проводять за таких умов: температура в зоні розплаву - 1100-1120 K, температура в зоні відпалу - 720-770 K, градієнт температури в зоні кристалізації - 3-5 K/см, швидкість росту - 6-8 мм/доба, тривалість відпалу - 90-110 год., швидкість охолодження - 6-10 K/год.

Description

Корисна модель належить до матеріалознавства, а саме до способів отримання монокристалів, які мають напівпровідникові і нелінійно-оптичні властивості та можуть використовуватись як датчики, оптичні аналізатори, фото- і рентгенівські перетворювачі, приймачі в видимому і інфрачервоному спектральному діапазоні, в нелінійній оптиці, ІЧ- лазерах.

Відомий спосіб отримання монокристалів ТПІпбе», ТІйпТег і ТІбаТе», в якому ампули з вихідними стехіометричними сумішами елементарних компонентів в вакуумованому (0,0133 Па) кварцовому контейнері повільно (40-60 К/год.), нагрівають до 930-960 К в залежності від складу, витримують протягом 4-6 год., далі температуру підвищують до 1250-1270 К, витримують 2-2,5 год., ОХОЛОДЖують до 870-900 К протягом 48-50 год., витримують 120-140 год., і охолоджують до кімнатної температури зі швидкістю 10 К/год. Кристали вирощують методом плаваючої зони без затравки вертикальним і горизонтальним методом. Розплавлену зону (від 5 до 15 мм довжиною) переміщають зі швидкістю від б до 20 мм/год. Кількість проходів варіювалося від 4 до 30

ІСоїаема Е.М. АсоивзіорпоїомоМаїс Емпесі іп ТІІпбег, ПіпТег, апа ТІісаТе» біпдіє Стузіаів / Е.М.

Со|аєма, Е.А. АМПакпуагома, А.М. Маагомо, К.О. Суш'татедома, Ки. 5. КПаїйомаа, апа Е.М.

Матеадома // Іпогдапіс Маїетгіа!5. - 2007. - Мої. 43, Мо 10. - Р. 1059-1064). Недоліком цього способу є те, що він не дає можливості отримати великі якісні монокристали ТІ:-хІпі-хс1ех(біх)5ег2, оскільки кристали отримуються без затравки методом плаваючої зони.

Відомий спосіб отримання монокристалів (ТІПпзег)і-(ТІСатТег)х (х-0,4 і 0,6), в якому зразки твердих розчинів отримують сплавлянням стехіометричних наважок заздалегідь приготовлених вихідних компонентів ТІІп5ег і ТІСатТе» у вакуумованих до 103 Па і запаяних кварцових ампулах.

Для приготування Тііпзег» і ТІібатТег використовують талій марки ТІ-000, Іп-000, Сза-000, телур

ТВ-3 і селен ОСЧ-16-4 з вмістом домішки не вище 5 х 107 мас. 95. Зразки при періодичному перемішуванні витримують 6-8 год., при температурі, що на 25-30 К перевищує температуру ліквідусу, і потім охолоджують їх до кімнатної температури. Монокристали вирощують методом

Бріджмена-Стокбаргера. Синтезований зразок відповідного складу подрібнюють і переносять в кварцову ампулу довжиною 8-10 см, внутрішнім діаметром 1 см із загостреним кінцем.

Вакуумовану до залишкового тиску не більше 103 Па кварцову ампулу поміщають у двотемпературну піч установки для вирощування монокристалів. В процесі вирощування

Зо кристалу з розплаву в верхній зоні печі підтримують температуру 1063210 К (вище температури плавлення вихідних сполук), а в нижній зоні - 9532-10 К (нижче температури плавлення вихідних сполук). Швидкість переміщення ампули в печі - 0,3-0,5 см/год., а градієнт температури у фронту кристалізації 25:55 К |Мустафаєва С.Н. Дизлектрические и термозлектрические свойства кристаллов на основе исходньїх соединений системь! ТіІпбео-ТІСаТє» / С.Н.

Мустафаева, М.М. Асадов, А.И. Джаббаров, З.М. Керимова // Конденсированнье средь! и межфазньсе границь. - 2013. - Т. 15, Мо 2. - С. 150-155). Недоліком цього способу є те, що він включає попередній синтез вихідних сполук, що значно збільшує час отримання монокристалів і додаткову витрату матеріалів та електроенергії.

Відомий спосіб отримання монокристалів ТіІпі-хСбехбе?», в якому використовують ТІ, Іп ї зе чистотою 99,99 95 і Се, який очищають за допомогою зонної плавки до чистоти 99,7 95. Сплави синтезують в кварцових ампулах під вакуумом 0,133 Па, нагріваючи спочатку до 700-800 К зі швидкістю 20 К/год., витримують протягом 3-4 год., потім температуру підвищують до 1000-1100

К зі швидкістю 10 К/год. і витримують 4-5 год., повільно охолоджують до кімнатної температури.

Монокристали вирощують методом спрямованої кристалізації у графітизованих кварцових ампулах при температурах гарячої і холодної зони були 1080-1110 К ї 700-750 К відповідно в залежності від складу кристалу; швидкість опускання ампули 0,5 мм/год. |(со|іаєм Е.М. Тнеттаї!

Ехрапвіоп ої ТіІПпі-хСехбег Стузіаї!5 / Е.М. Сюо)аєм, 5.І. Загагома, апа А.А. Ардитадітом // Іпогдапіс

Магегіаіє, 2007, Мої. 43, Мо. 9. - рр. 931-932). Недоліком цього способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали Ті:-хІпі-хйех(біх)бег2 через невідповідність умов синтезу і вирощування для заданого складу монокристалів.

Найближчим аналогом є спосіб вирощування монокристалів ТіІпбе», в якому вихідні компоненти 5М чистоти, взяті стехіометрії, в евакуйованих (близько 107 Па) і запаяних кварцових ампулах розплавляють при 1173 К і гойдають протягом 12 годин в печі гойдання, що має два коливання в хвилину. Потім ампулу охолоджували до кімнатної температури протягом 4 год. Для вирощування кристалів ТПІпбег2 методом Бріджмена-Стокбаргера використовують графітизовану кварцову ампулу діаметром 13 мм і довжиною 150 мм, в яку поміщають отриманий полікристалічний злиток ТІІпзег. Ампулу вакуумують (близько 107 Па), запаюють і розміщують в середині верхньої зони вертикальної двозонної печі. Нагрівають до 1203 К з швидкістю близько 200 К/год. Нижню зону нагрівають до температури 473 К з метою отримати бо температуру максимуму 1153 К і температурний градієнт рівний 10 К/см. Ампулу витримують при температурі 1153 К протягом 24 год., та опускають зі швидкістю б мм / год., через температурний градієнт, охолоджують протягом 24 год., до кімнатної температури. (Абау В.

Еіесітоїпеттаї Іпмевіїдайоп ої Ше 5м/йспіпа Рпепотепа іп р-Туре ТІп5ег біпаІе Стувіа!5 /В. Абау,

В. Ситшак, М. мііІдітіт, Н. ЕгГеоєїЇм, апа У. К. Моєипа // Рнув. віаї. 501. - 1996. - (а) 153. - Р. 145- 1511.

Суттєвим недоліком цього способу є те, що він не дає можливості навіть за ідентичністю переліку технологічних операцій, отримати якісні монокристали Ті-хІпі-хсех(біх)бег2 через невдало підібрані параметри техпроцесу.

Задачею корисної моделі є отримання великих досконалих монокристалів Т|І:-хіп1- хіех(Зіх)бег (х-0,1, 0,2) шляхом введення нових технологічних операцій та зміни параметрів операцій вже застосованих.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі вирощування монокристалів, який включає компоновку шихти з простих речовин Ті, Іп, бе чи 5і, 56, відповідно до стехіометричного складу, синтез її та вирощування монокристалів вертикальним методом

Бріджмена-Стокбаргера, згідно з запропонованою корисною моделлю, синтез і ріст проводять в одному і тому ж ростовому кварцовому контейнері з конусоподібним дном, а процес синтезу і вирощування монокристалів Тіі-хІпі-х(зех(біх)бе» (х-0,1, 0,2) проводять при наступних параметрах: температура синтезу - 1200-1220 К; тривалість синтезу - 5-6 год.; температура в зоні розплаву - на 50-70 К вище лінії ліквідусу систем ТПІпбег-Се(5і)бе» (1100-1120К); температура в зоні відпалу - 720-770К; градієнт температури в зоні кристалізації - 3-5 К/мм; швидкість росту - 6-8 мм/добу; тривалість відпалу - 90-110 год.; швидкість охолодження - 6-10

К/год.

Таким чином, у порівнянні з найближчим аналогом, використання в заявленому способі температури синтезу - 12001220 К, тривалості синтезу - 5-6 год., температури зони розплаву і зони відпалу 1100-1120 К ї 720-770 К відповідно, швидкості росту 6-8 мм/добу, градієнта температур в зоні кристалізації 3-5 К/мм, тривалості відпалу - 90-110 год., швидкості охолодження - 6-10 К/год. дає можливість вирощувати великі досконалі (довжиною до 30 мм, діаметром до 10 мм) монокристали ТІ-хІп1і-«(зех(Біх)5е2 (х-0,1,0,2).

Застосування температури синтезу менше 1200 К і тривалості синтезу менше 5 год. не забезпечить повного розплавлення і взаємодії між компонентами, більше 1220 Кі 6 год. - призведе до додаткових витрат електроенергії.

Застосування швидкості росту меншої б мм/доба призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 8 мм/доба - до отримання полікристалічної булі і розтріскування зразків.

Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менше З К/мм, то проходить недостатнє дифузне перемішування розплаву, а при більшому 5 К/мм можливе утворення полікристалів.

Якщо час відпалу менше 90 годин, то в кристалі присутні механічні напруги, зменшується оптична неоднорідність, більше 110 годин - збільшується час росту монокристалу.

Спосіб отримання монокристалів ТІн-хІпі-хсех(Зіх)5е2 (х-0,1, 0,2) ілюструється на наступному прикладі проведення технології його отримання. Складали шихту з високочистих елементарних компонентів ТІ, Іп, Се (чи 5і залежно від складу), зе стехіометричного складу загальною масою 10 г. Синтез і ріст були поєднані в одній кварцовій ампулі з конусоподібним дном, яку вакуумували і перепаювали. Синтез проводився в печі шахтного типу при температурі 1200 К протягом 5 год. та гомогенізуючий відпал при 670 К протягом 200 год. Ріст проводили в двозонній печі з постійним температурним профілем. Шихту розплавляли, гомогенізували при 1120 К, ампулу переміщали в сторону низьких температур, закристалізовували 4-5 мм розплаву, рекристалізовували його протягом 100 год., оплавляли 2-3 мм затравки, нарощували на неї монокристал при температурах зони росту і зони відпалу 1100-1120 К і 720-770 К відповідно; градієнті температур на фронті кристалізації 3-3,5 К/мм; швидкості росту - 7 мм/доба.

Відпалювали при 740 К протягом 100 год., охолоджували до кімнатної температури зі швидкістю 7-8 К/год. Отримані монокристали чорного кольору, які легсо сколювались за площинами спайності. Максимальні розміри монокристалу обмежені масою наважки і становили 30 мм в довжину і 9 мм в діаметрі.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

   Спосіб отримання монокристалів ТІ:-х!пі-хсех(біх)5е2 (х-0,1, 0,2), що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей простих речовин, синтез та вирощування монокристалів заданого складу у запаяних вакуумованих кварцових ампулах з конусоподібним дном вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера, відпал отриманого монокристалу та

   60 остаточне охолодження до кімнатної температури, який відрізняється тим, що синтез Ті:-хІп1-

   хдех(біх)бе2 (х-0,1, 0,2) проводять у печі протягом 5-6 год., при температурі 1200-4220 К, а операцію вирощування монокристалу проводять за таких умов: температура в зоні розплаву - 1100-1120 К, температура в зоні відпалу - 720-770 К, градієнт температури в зоні кристалізації - 3-5 К/см, швидкість росту - 6-8 мм/доба, тривалість відпалу - 90-110 год., швидкість охолодження - 6-10 К/год.