Спосіб отримання монокристалів agcd2gas4

Спосіб отримання монокристалів AgCd2GaS4 з розчину-розплаву, що включає складання шихти із елементарних компонентів Ag, Cd, Ga, S, синтез сплаву, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера, який відрізняється тим, що склад шихти вибирають з області первинної кристалізації 3 Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що пропонується, є спосіб отримання монокристалів Hg1-xCdxGa2S4 методом БріджменаСтокбаргера в кварцових ампулах з шихти, попередньо синтезованої з елементів Hg, Cd, Ga, S, певного складу. Перед синтезом ампула відкачувалась до тиску 2-10-3 Topp і відпаювалась. Співвідношення між об'ємом газової фази над розплавом і об'ємом розплаву в ростовій ампулі становило 1:1. Кристали вирощувались на затравці, орієнтованій перпендикулярно до кристалографічної осі (110), зі швидкістю 2-6 мм за добу при градієнтах температури 2-10 К/см в ростових печах. При вирощуванні кристалу відбувається зміна хімічного складу по висоті булі вздовж осі кристалу. Нижня частина булі збагачена кадмієм, вміст якого зменшується до верхньої частини булі. В площині (112) можуть утворюватися двійники. [В.В. Бадиков, А.К. Дон, К.В. Митин, A.M. Серегин, В.В. Синайский, Н.И. Щебетова. Оптический параметрический генератор на кристалле Hg1-xCdxGa2S4 // Квантовая электроника, 35, №9 (2005) - C.853856]. Суттєвим недоліком такого способу є те, що він не дає можливості по аналогії операцій, але з відповідним складом сировини отримати якісні монокристали AgCd2GaS4 із стехіометричного складу внаслідок інконгруентного характеру плавлення сполуки. Завданням, на вирішення якого спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих кристалів AgCd2GaS4 шляхом зміни технології отримання. Поставлене завдання вирішується таким чином. У відомому способі отримання, що включає складання шихти із елементарних компонентів Ag, Cd, Ga, S, синтез сплаву, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, згідно з корисною моделлю, що заявляється, вихідний склад шихти вибирається із поля первинної кристалізації тетрарної сполуки і складає 38-40 мoл. % AgGaS2 та 60-62 мол. % CdS, попередньо проводять синтез сплаву спочатку пальником до повного зв'язування сірки, а потім - гомогенізацію розплаву при 14001420 К шляхом 2-3 годинного обертання ампули у горизонтальній печі, охолодження до кімнатної температури зі швидкістю 90-100 К/год. і подрібнення сплаву до порошкоподібного стану, перевантаження шихти у конусоподібний графітизований кварцовий контейнер з використанням заглушки, отримання з неї гомогенного розплаву, кристалізацію частини розплаву для отримання затравки і витримування його протягом 90-100 год., оплавлення 2-3 мм затравки, нарощування монокристалу на затравку при температурі верхньої зони 1340-1360 К, нижньої - 870-1070 К; градієнті температур в області кристалізації - 12-35 К/см; швидкості росту - 2-5 мм/добу; швидкості охолодження до кімнатної температури 4-5 К/год. Таким чином, в порівнянні з прототипом, використання в способі, що заявляється, нестехіометричного складу шихти, що відповідає області первинної кристалізації AgCd2GaS4 і складає 3840 мол. % AgGaS2 та 60-62 мол. % CdS, графіти 58626 4 зованого спеціального контейнера з заглушкою, температури зони росту та зони відпалу 13401360 К та 870-1070 К, градієнта температур в області кристалізації - 12-35 К/см; швидкості кристалізації 2-5 мм/добу дає можливість вирощувати великі досконалі (довжиною до 40 мм, діаметром до 15 мм) монокристали AgCd2GaS4. На фіг.1 схематично представлений контейнер для вирощування монокристалів AgCd2GaS4, який містить корпус 1, монокристал 2, евтектику 3, заглушку 4. Фазові рівноваги на перерізі AgGaS2 - CdS в області існування тетрарної фази подані у діаграмі (фіг.2). AgCd2GaS4 плавиться інконгруентно при 1284 К і володіє широкою областю гомогенності, яка при 870 К знаходиться в інтервалі 6478 мол. % CdS. Із підвищенням температури область гомогенності зсувається в бік зменшення концентрації CdS. Відповідно, в цьому ж інтервалі повинен змінюватися склад ростучого кристалу. Оскільки сполука AgCd2GaS4 плавиться інконгруентно, що утруднює отримання її монокристалів із стехіометричного складу, то вихідний склад шихти вибирається із поля первинної кристалізації тетрарної сполуки і становить 38-40 мол. % AgGaS2 та 60-62 мол. % CdS, тобто як розчинник використовується AgGaS2. Використання неграфітизованого контейнера приведе до взаємодії розплаву з матеріалом контейнера. Оскільки до складу тетрарної фази AgCd2GaS4 входять легколеткі складники, то максимально зменшують об'єм ростового контейнера за допомогою використання заглушки, діаметр якої підбирається близьким до внутрішнього діаметру контейнера. Застосування швидкості кристалізації меншої 2 мм/добу приведе до збільшення часу вирощування, а більшої 5 мм/добу - до вклинювання між монокристалічними блоками евтектики, що пов'язано із високою в'язкістю розплаву та повільним вирівнюванням концентрації компонентів в розплаві. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 12 К/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 35 К/мм можливе утворення полікристалів. Спосіб отримання монокристалів AgCd2GaS4 ілюструється на такому прикладі проведення технології його отримання. Складали шихту із елементарних компонентів Ag, Cd, Ga, S складу 40 мол. % AgGaS2 та 60 мол. % CdS, завантажували її в графітизовану кварцову ампулу, яку вакуумували та запаюювали. На першому етапі синтезу нагрівали ампулу в полум'ї киснево-газового пальника до повного зв'язування елементарної сірки, потім проводили гомогенізацію розплаву при 1400-1420 К шляхом 2-3 годинного обертання ампули із шихтою у горизонтальній печі. Після охолодження до кімнатної температури із швидкістю 100 К/добу ампулу розгерметизовували і одержаний сплав розтирали до порошкоподібного стану та засипали в кварцовий контейнер із конусоподібним дном. Після вакуумування та герметизації до внутрішніх стінок контейнера припаювали заглуш 5 58626 ку. Контейнер розміщували у виведеній на режим ростовій установці таким чином, щоб конічна частина ампули розміщувалася на 20-30 К вище температури ліквідуса. Температура верхньої зони 1350 К, а нижньої 890-1020 К. Після розплавлення шихти ампулу опускали із швидкістю 5 мм/добу, закристалізовували 4-5 мм розплаву, рекристалізували його протягом 100 год., розплавляли 23 мм затравки, вирощували на неї монокристал вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера при градієнті температур 12-35 К/см, швидкості Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 6 росту 2-5 мм/добу; охолоджували із швидкістю 45 К/год. до кімнатної температури. Отримана буля складалася з двох частин: нижня - монокристал тетрарної сполуки AgCd2GaS4, верхня - евтектика AgGaS2+AgCd2GaS4. Таким чином, завдяки використанню AgGaS2 як розчинника, отримані великі досконалі кристали сполуки AgCd2GaS4, яка плавиться інконгруентно, що утруднює одержання її монокристалів із шихти стехіометричного складу. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601