Спосіб вирощування монокристалів тl3рвсl5

Винахід відноситься до матеріалознавства і може бути використаний в приладобудуванні для радіотехнічних приладів з нелінійною оптикою. Відомий спосіб вирощування монокристалів ТІ 3РbІ 5 за методом Бріджмена-Стокбаргера, вихідними речовинами для компонування шихти є бінарні йодиди талію І свинцю, наважки яких беруть в стехіометричному співвідношенні, поміщають в кварцевий тигель, відкачують до 2 • 10-4 тор i запаюють, а синтез здійснюють в полум'ї газового пальника з послідуючою гомогенізацією в електропечі опору при температурах, які перевищують температуру плавлення на 50-70 К, при цьому перед початком процесу вирощування монркристалу йодид талію додатково очищають зонною плавкою, а йодид свинцю -двократною вакуумною сублімацією, одержані ж зразки піддають гомогенізуючому відпалу при температурах, вибраних у відповідності з діаграмою стану протягом 620 годин І температурним градієнтом 3-6 К/мм. [Переш Е.Ю. и др. Фазовые равновесия в системах ТН—Pb(Sn)I 2 и свойства соединений. Журнал неорганической химии.-Т. 25. Вып.5. - 1980. - С. 1368-1371]. Недоліком цього способу одержання монокристала є велика протяжність процесу відпалу. Найбільш близьким за технічною суттю до способу одержанні монокристалів ТІ 3РbCІ 5. який заявляється, є спосіб вирощування монокристала ТІ 3РbCІ 5, що включає компонування шихти з ТІСІ i РbСІ 2 у відповідності із стехіометричним складом, попередню очистку компонентів методом зонної плавки, синтез ТІ 3РbCІ 5 вирощування монокристала за методом Бріджмена-Стокбаргера при швидкості росту до 0,5 мм/год і температурному 20 градієнті в зоні кристалізації 2-5 К/мм, причому синтез і ріст монокристала проводять в одному І тому ж ростовому циліндричному тиглі з конусоподібним днищем [Матеріали XXXVIII наукової конференції професорсько-викладацького складу Інституту. -Ч. II. - Видавництво Луцького державного педінституту їм. Л. Українки, 1992. - С 350]. Суттєвим недоліком описаного способу вирощування монокристала є неможливість одержання промислово застосовуваних монокристалів великих розмірів через неоптимальність підібраних технологічних параметрів процесу вирощування монокристала і недосконалу конструкцію тигля. В основу винаходу поставлене завдання у відомому способі вирощування монокристалів шляхом зміни параметрів процесу і конструкції обладнання одержати новий технічний результат, який виражається в забезпеченні можливості одержання промислово-застосовуваних великих монокристалів. Поставлене завдання вирішується таким чином. У відомому способі вирощування монокристалів ТІ 3РbCІ 5, який включає компонування шихти з ТІСІ i РbСІ 2 У відповідності із стехіометричним складом, попередню очистку компонентів шихти, розплавлення останньої і вирощування монокристалів за методом Бріджмена-Стокбаргера, причому синтез і ріст проводять в одному i тому ж ростовому циліндричному тиглі з конусоподібним днищем, згідно Із запропонованим винаходом, процес вирощування монокристала ведуть при таких параметрах: Температура в зоні розплаву 750-800 К Температура в зоні відпалу 500-520 К Градієнт температури в зоні кристалізації 4-5 К/мм Швидкість росту 0,15-0,25 мм/год Час відпалу 150-200 год Швидкість охолодження до кімнатної температури 8-12 К/год, а до конусоподібного днища тигля прилаштовують грушеподібну камеру, яка сполучена порожньою шийкою з вершиною конуса днища тигля, при цьому кут при вершині конусоподібного днища тигля становить 60-70° в перерізі. Вся сукупність нових суттєвих ознак дозволяє одержати новий технічний результат, а саме: можливість виростити великий промислово застосовуваний монокристал ТІ 3РbCІ 5, який не містить блокiв i полікристалічних включень. Якщо кут в днищі тигля змінити в сторону збільшення вказаних границь, то виникають при охолодженні в конічній частині тигля паразитичні зародки, і замість монокристала розвивається полікристал. Якщо кут в днищі тигля зменшити в порівнянні з вказаними границями, то виростити монокристал з промислово застосовуваним перерізом (діаметром) неможливо через надто малий діаметр конуса днища тигля в поперечному перерізі. Зрозуміло, можливий варіант виготовлення конічного днища тигля i з малим кутом (меншим 60°) в осьовому перерізі, але в такому випадку тигель потрібно збільшувати в довжину, збільшувати кількість шихти, а в вирощеному монокристалі надто вузьку конічну частину зрізати, що не виправдано економічно. Переріз порожнини шийки, який сполучає грушеподібну камеру з конічною частиною тигля, вибирають мінімально можливим для того, щоб забезпечитив момент охолодження можливість утворення в порожнині шийки єдиного зародку кристала з наступним його ростом в сторону циліндричної частими тигля в вигляді монокристалу. Що стосується таких параметрів процесу, як швидкість росту, то її зниження нижче вказаної границі суттєво продовжує в цілому час проведення процесу вирощування монокристалів, а збільшення цієї швидкості просто не дозволяє одержати монокристал, а саме при будь-якій сукупності інших параметрів технології процесу виростає кристал з блоковою структурою. Процес вирощування монокристала ТІ 3РbCІ 5 для зручності спостереження і виключення взаємодії шихти з матеріалом стінок тигля ведуть в оптично-прозорому тиглі, виконаному, наприклад, з кварцу. Можливість одержання оптично-якісного, промислово-застосовуваного великого монокристала ТІ 3РbCІ 5 Ілюструють наведені приклади. Приклад 1. Шихту, яка складена з ТІСІ i РbСІ 2 у відповідності із стехіометричним складом Із розрахунку орієнтовно 50 г вихідної речовини ТІ 3РbCІ5 розміщують в кварцевому тиглі, нагрівають в електропечі до температури 700 К, і тигель з синтезованою речовиною переносять в ростову установку, яка дозволяє вирощувати монокристал за методом Бріджмена-Стокбаргера. Тигель виконаний у формі циліндра з конусоподібним днищем із кутом в осьовому перерізі 55°, при цьому до конусоподібного днища тигля прилаштована грушеподібна камера, яка сполучена порожньою шийкою з вершиною конуса днища тигля 1 розміри якої дуже малі у порівнянні з розмірами конусоподібного днища тигля. Ростова установка містить дві трубчасті електропечі, між якими розташований тепловідвідний металевий лист, що дозволяє створювати градієнт температури в зоні кристалізації 3,5 К/мм при 750 К в зоні розплаву і 500 К в зоні відпалу. Швидкість росту кристала становить 0,30 мм/год. Кристал відпалюють протягом 200 год, а потім охолоджують Із швидкістю 15 К/год до кімнатної температури. Дотримуючись вказаних в прикладі параметрів процесу, одержати оптично-якісні монокристали промислового застосування реально неможливо. А саме, при вказаних параметрах одержують кристали, які містять 2-3, а то і більше блоків, що можуть бути після додаткової переробки шляхом розпилювання подані в формі монокристалів. Тобто розміри таких монокристалів в 2-3 рази менші запланованих, тих, які необхідні для промислового застосування. Приклад 2. На відміну від першого прикладу тигель беруть трохи іншої форми, а саме, з кутом при вершині конуса 70° в осьовому перерізі, а весь процес отримання монокристала ведуть при таких параметрах: температурі в зоні розплаву 800 К, температурі в зоні відпалу 520 К, градієнті температури в зоні кристалізації 5,0 К/мм, швидкості росту кристалу 0,14 мм/год І часу відпалу кристала 140 год з наступним охолодженням із швидкістю 7 К/год до кімнатної температури. Дотримуючись вказаних в прикладі параметрів процесу, одержують оптично-якісні монокристали промислового застосування великих розмірів. Але внаслідок трохи завищеного градієнту температури в зоні кристалізації і малого часу відпалу є велика Імовірність одержання полікристалу. Судячи з наших досліджень, така імовірність становить 40-45%. До того ж швидкість росту, яка вибрана в прикладі, І швидкість охолодження сприяють значному збільшенню часу проходження процесу росту монокристала, що є недоцільним з економічної точки зору. Приклад 3. Цей приклад відмінний від попередніх тим, що кут при вершині конуса конусоподібного днища тигля виконують 65° в осьовому перерізі, а. процес отримання монокристала ведуть при параметрах: температурі в зоні розплаву 780 К, в зоні відпалу 510 К, температурному градієнті в зоні кристалізації 4 К/мм, швидкості росту монокристала 0,23 мм/год, часу відпалу 180 год, швидкості охолодження до кімнатної температури 10 К/год. За вказаними в останньому прикладі параметрами процесу одержують оптично якісні монокристали промислового застосування великих розмірів. При цьому імовірність одержання оптично якісних монокристалів промислового застосування, великих розмірів в даному випадку становить 95-98%.