Спосіб отримання монокристалів cu2cdges4

Спосіб отримання монокристалів Cu2CdGeS4, що включає складання шихти із елементарних компонентів, попереднє проведення синтезу сплаву протягом 10-15 хв., обертання ампули зі сплавом та його витримування при температурі розплаву для примусової гомогенізації, охолодження до кімнатної температури, подрібнення сплаву до порошкоподібного стану, перевантаження шихти в U 2 (19) 1 3 26253 рюється велика кількість зародків кристалізації і йде нарощування дрібних кристалів у вигляді плоско-паралельних пластинок, призм чи голок. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб отримання монокристалів AgGaGeS4 [Пат. 137836, С30В 11/00. Спосіб отримання монокристалів AgGaGeS4 / І.Д. Олексеюк, О.В. Парасюк, О.І. Юрченко, В.З. Панкевич, Л.В. Піскач, С.В. Волков, B.I. Пехньо, Л.Б. Харькова, А.П. Шпак, В.М. Уваров. -- МПК (2006), Заявл. 15.11.2005; Опубл. Бюл. №4]. Для цього складається шихта із елементарних компонентів Ag, Ga, Ge, S у відповідності із стехіометричним складом, попередньо проводиться порційний синтез 2-3г сплавів стехіометричного складу AgGaGeS4 протягом 10-15хв., обертаються ампули зі сплавами протягом 45-50 годин при 1220-1270К та охолоджуються до кімнатної температури зі швидкістю 40-50К/год. для примусової гомогенізації сплавів, потім вони подрібнюються до порошкоподібного стану, перевантажуються в ростову ампулу, отримується з неї гомогенний розплав при 1220-1270К, кристалізується 4-5мм розплаву та витримується 90-110год. для одержання затравки кристалу, оплавлюється 2-3мм затравки, нарощується монокристал на затравку при градієнті температур в зоні кристалізації 1,52,0К/мм, температурі зони відпалу 850-890К, часі відпалу 90-120год., швидкості росту 1,82,2мм/добу, швидкості охолодження до кімнатної температури 50-70К/добу. Цей спосіб дає можливість вирощувати великі досконалі монокристали AgGaGeS4 . Недоліком цього способу є те, що він не дозволяє отримати монокристали Cu2CdGeS4, оскільки при використанні стехіометричного складу шихти у ростовій ампулі утворюється інша сполука – Cu2Cd3GeS6, що викликане інконгруентним типом утворення Cu2CdGeS4. Технічним завданням корисної моделі є отримання великих досконалих монокристалів Cu2CdGeS4. Поставлене завдання вирішується за рахунок того, що спосіб отримання монокристалів Cu2CdGeS4 включає складання шихти із елементарних компонентів, попереднє проведення синтезу сплаву протягом 10-15хв., обертання ампули зі сплавом та його витримування при температурі розплаву для примусової гомогенізації, охолодження до кімнатної температури, подрібнення сплаву до порошкоподібного стану, перевантаження шихти в ростову ампулу, отримання з неї гомогенного розплаву, нарощування монокристалу на затравку та його відпал при температурі зони відпалу 870К, часі відпалу 90-120год., охолодження монокристалу до кімнатної температури з швидкістю 50-70К/добу за методом БріджменаСтокбаргера, причому складають шихту із елементарних компонентів Cu, Cd, Ge, S, вирощують затравку кристалу методом горизонтальної кристалізації, орієнтують її вздовж осі [010], вибирають склад шихти з поля первинної кристалізації сполуки (32мол.% CdS та 68мол.% Cu2GeS3), складають шихту із елементарних компонентів Cu, Cd, Ge, S, попередньо синтезують 20-25г сплаву при температурі 1300-1320К і проводять його примусову го 4 могенізацію протягом 12год., після охолодження до кімнатної температури та подрібнення, переносять в ростову ампулу затравку та подрібнену шихту, оплавляють і рекристалізують затравку протягом 100 годин, нарощують монокристал на затравку при градієнті температур в зоні кристалізації 2-5К/мм зі швидкістю 2,4-7,2мм/добу, відпалюють та охолоджують до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера. Таким чином, в порівнянні з прототипом, використання в способі, що заявляється, затравки, орієнтованої вздовж осі [010], нестехіометричного складу шихти, що відповідає області первинної кристалізації сполуки (рис. 1, заштрихована зона на фазовій діаграмі системи), температури синтезу порційних сплавів 1300-1320К, часі рекристалізації не більше 100год., швидкості кристалізації не вище 7,2мм/добу, градієнті температур в зоні кристалізації 2-5К/мм дає можливість вирощува ти великі досконалі (довжиною до 30мм, діаметром до 10мм) монокристали Cu2CdGeS4. У традиційному методі БріджменаСтокбаргєра орієнтація зародків кристалізації у ростовому контейнері є випадковою. Тобто, завжди є компонент з негативним тепловим розширенням, який направлений до стінок ампули і є причиною їх розтріскування. Використання орієнтованої вздовж осі [010] затравки гарантує орієнтацію компонента негативного теплового розширення паралельно до осі ампули, що дозволяє уникнути розтріскування ампули. Оскільки Cu2CdGeS4 характеризується інконгруентним типом утворення, при якому склад твердої хімічної сполуки не співпадає зі складом рідини, з якої вона утворюється, то склад шихти вибирається з її поля первинної кристалізації в частині, обмеженій точками e (16мол.% CdS і 84мол.% Cu2GcS3) і р (43мол.% CdS і 57мол.% Cu2GeS3) (рис.1). Вибраний нами вихідний склад відповідає 32мол.% CdS та 68мол.% Cu2GeS3. Попередньо синтезують 20-25г розплаву, оскільки саме з такої кількості розплаву можна отримати оптимально розміру (діаметр 8-12мм, довжина - 28-32мм) монокристали. Якщо маса сплаву буде менше 20г, то вирощування монокристалів економічно не вигідно, як маса сплаву буде більше 25г, то необхідне внесення змін у технологію росту. Якщо попередній синтез сплаву проводити при температурі нижчій 1300К, то гомогенізація розплаву буде не повною, а при температурі вищій 1320К відбувається сублімація GeS2. Якщо оплавлення та рекристалізацiю затравки проводити менше, ніж 100год, то рекристалізація може бути не повною, а якщо більше 100год, то зростає час отримання монокристалів. Застосування швидкості кристалізації меншої 0.1мм/год приведе до збільшення часу вирощування, а більшої 0.3мм/добу - до отримання полікристалічної булі та розтріскування зразків. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 2К/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 5К/мм можливе утворення полікристалів. Приклад конкретного виконання. 5 26253 Для формування затравки складали шихту із 4.32917г Сu, 3.82909г Cd, 2.47265г Ge, 4.36909г S, вирощували монокристал Cu2CdGeS4 методом горизонтальної кристалізації в градієнтній печі, з якого вирізали орієнтовану вздовж осі [010] затравку розміром ~2x2x8=12мм 3. Складали шихту із 8.73198г Сu, 3.6345г Cd, 4.98737г Ge, 7.64615г S засипали в кварцову ампулу. Проводили попередній синтез 20г сплаву протягом 15хв. і примусову гомогенізацію розплаву при 1320К протягом 12 годинного обертання ампули із шихтою у ротаційній печі. Після охолодження до кімнатної температури сплав розтирали до порошкоподібного стану. Затравку розміщували в нижній частині ростової ампули і поверх неї засипали подрібнену шихту, переносили у виведену на режим росту двозонну піч (температура зони росту 1300К, зони відпалу – 870К), розплавляли шихту Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 6 при температурі 1260К, оплавляли і рекристалізовували затравку протягом 100 годин, нарощували монокристал iз швидкістю 4.8мм/добу. Градієнт температури на межі кристал-розплав - 4К/мм, час відпалу - 90год. при 870К. Охолоджували до кімнатної температури з швидкістю 70К/добу за методом Бріджмена-Стокбаргeра. Одержана буля складалась з трьох частин: нижня - нерозплавлена затравка, середня - монокристал Cu2CdGeS4 верхня закристалізована евтектика Cu2CdGeS4+Cu2GеSe3. Проведена орієнтація одержаного кристалу підтвердила, що монокристал орієнтований вздовж осі (010), яка збігається з напрямом росту. Максимальні розміри монокристалу: діаметр - 10мм, довжина - 30мм. Запропонований спосіб вирощування монокристалів Cu2CdGeS4 може бути використаний в лабораторних та промислових умовах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601