Спосіб отримання монокристалів тlpbi3

Реферат: Спосіб отримання монокристалів ТlРbI3 з розплаву включає стехіометричну компоновку шихти із бінарних йодидів ТlI і РbI2, попередньо очищених зонною плавкою, синтез ТlРbI3 безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі в печі шахтного типу, вирощування, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера. Процес синтезу ТlРbI3 і вирощування монокристалу проводять в одній і тій же ростовій кварцовій ампулі з грушоподібним днищем а процес вирощування монокристалів проводять при наступних параметрах: температура в зоні розплаву - 660-680 K; температура в зоні відпалу - 590-610 K; градієнт температури в зоні кристалізації - 10-12 K/см; швидкість росту - 0,2-0,4 мм/год.; час відпалу - 80-120 годин; швидкість охолодження - 4-5 K/год. UA 116019 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ ТlPbI3 UA 116019 U UA 116019 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до способів отримання монокристалів, що мають напівпровідникові властивості і можуть використовуватися в детекторах іонізуючого випромінювання, в приладах для нелінійної оптики [М. Kocsis. Proposal for a New Room Temperature X-ray Detector-Thallium Lead Iodide //IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 47, № 6, 2000. - pp. 1945-1947]. Відомий спосіб отримання монокристалів ТlРbI3, в якому стехіометричні кількості порошків ТlI та РbI2 чистотою 99.99 % завантажували в кварцову ампулу і сплавляли при температурі близько 500 °C під тиском аргону 1 атм протягом 12 годин. Отриманий матеріал очищали за допомогою методу зонного плавлення за наступних умов: 20 проходів, температура близько 390 °C, тиск аргону 1 атм. Після очищення для вирощування кристалів використовували вертикальний метод Бріджмена. Очищений матеріал завантажували в іншу кварцову ампулу і -3 вакуумували до 1*10 Па. Кварцову ампулу повільно опускали (1 мм/год.) в нагрітій трубчастій печі, градієнт в області фронту кристалізації - 8 K/см [К. Hitomi, Т. Onodera, T. Shoji, and Y. Hiratate. Thallium Lead Iodide Radiation Detectors //IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 50, №. 4, 2003. - pp. 1039-1042]. Недоліком цього способу є те, що він потребує складного апаратурного оформлення, зокрема, використання аргону. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що пропонується, є спосіб отримання монокристалів ТlРbI3, в якому ТlI та РbI2 чистотою >99 % запаяли під вакуумом в ампулах, нагріли до температури, вищої на 50 K від температури плавлення ТlРbI 3. Розплав витримували при цій температурі близько семи годин, періодично добре струшуючи для забезпечення однорідності. Отриманий ТlРbI3 очищали десять разів методом зонного плавлення (швидкість 8 мм/год.). Для вирощування монокристалів використали середню частину булі. Вирощували методом Бріджмена при градієнті температур ~30 K/см, швидкості опускання 1 мм/год. [S. 207 205 Sharma, N. Weiden, and A. Weiss. Pb and T1 NMR on Perovskite Type Crystals APbX3 (A=Cs, ТІ, X=Br, I) //Z. Naturforsch. 42a, 1987. -pp. 1313-1320]. Суттєвим недоліком такого способу є необхідність перезавантаження матеріалу після синтезу в ампулу для вирощування, а також те, що він не дає можливості отримати настільки структурно досконалі монокристали ТlРbI3, які б могли детектувати іонізуюче випромінювання. Задачею, на вирішення якого спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих кристалів ТlРbI3. Поставлена задача вирішується тим, що у способі отримання монокристалів ТlРbI 3, спосіб отримання монокристалів ТlРbI3 з розплаву, який включає стехіометричну компоновку шихти із бінарних йодидів ТlI і РbI2, попередньо очищених зонною плавкою, синтез ТlРbI3 безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі в печі шахтного типу, вирощування, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера, згідно з корисною моделлю, що процес синтезу ТlРbI3 і вирощування монокристалу проводять в одній і тій же ростовій кварцовій ампулі з грушоподібним днищем, а процес вирощування монокристалів проводять при наступних параметрах: температура в зоні 660-680 K розплаву температура в зоні відпалу 590-610 K градієнт температури в 10-12 K/см зоні кристалізації швидкість росту 0,2-0,4 мм/год. час відпалу 80-120 годин швидкість охолодження 4-5 K/год. Таким чином, в порівнянні з найближчим аналогом, використання в способі, що заявляється, синтезу та вирощування ТlРbI3, суміщених в ампулі з грушоподібним відростком, температури зони росту та зони відпалу 660-680 та 590-610 K відповідно, градієнта температури в області кристалізації - 10-12 K/см; швидкості кристалізації 0,2-0,4 мм/год. дає можливість вирощувати великі досконалі (довжиною до 40 мм, діаметром до 25 мм) монокристали ТlРbI 3. Використання окремих ампул для синтезу і для вирощування призведе до збільшення затрат та часувирощування. Застосування швидкості кристалізації меншої 0,2 мм/год. призводить до збільшення часу вирощування, а більшої 0,4 мм/год. - до полікристалічності і розтріскування зразка. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 10 K/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому за 12 K/мм - розтріскування кристалів внаслідок значної в'язкості розплаву. Якщо час відпалу менше 80 годин, то в кристалі присутні механічні напруги, зменшується оптична неоднорідність, більше 120 годин - збільшується час росту монокристала. 1 UA 116019 U 5 10 15 20 25 Спосіб отримання монокристалів ТlРbI3 ілюструється на такому прикладі проведення технології його отримання. Вихідними речовинами для компонування шихти служили розраховані кількості бінарних йодидів ТlI і РbI2. ТlРbI3 синтезували безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з грушоподібним відростком у донній частині для формування монокристалічного зародку на початковому етапі росту в печі шахтного типу. Режим синтезу: нагрівання до температури 870 K із швидкістю 50 K/год., витримка 6 год., поступове пониження температури зі швидкістю 20 K/год. до кімнатної. Ампулу із синтезованим сплавом переносили у двозонну ростову піч із сталим температурним профілем. Контейнер розміщували у виведеній на режим ростовій установці таким чином, щоб конічна частина ампули розміщувалася на 20-30 K вище температури ліквідусу. Температури зони росту/зони відпалу становили 660-680 та 590610 K, відповідно, що створювало градієнт температур на фронті кристалізації 10-12 K/см. Після розплавлення шихти ампулу опускали із швидкістю 5 мм/добу, закристалізовували 4-5 мм розплаву, рекристалізували його протягом 100 год., розплавляли 2-3 мм затравки, вирощували на ній монокристал вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера при градієнті температур 10-12 K/см, швидкості росту 0,3 мм/год. Після кристалізації розплаву, ампулу переводили у зону відпалу, де витримували 100 годин і далі поволі зі швидкістю 4-5 К/год. охолоджували до кімнатної температури. Отримано монокристалічну булю діаметром 25 мм та довжиною 40 мм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб отримання монокристалів ТlРbI3 з розплаву, який включає стехіометричну компоновку шихти із бінарних йодидів ТlI і РbI2, попередньо очищених зонною плавкою, синтез ТlРbI3 безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі в печі шахтного типу, вирощування, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом БріджменаСтокбаргера, який відрізняється тим, що процес синтезу ТlРbI3 і вирощування монокристалу проводять в одній і тій же ростовій кварцовій ампулі з грушоподібним днищем, а процес вирощування монокристалів проводять при наступних параметрах: температура в зоні розплаву 660-680 K; температура в зоні відпалу 590-610 K; градієнт температури в зоні кристалізації 10-12 K/см; швидкість росту 0,2-0,4 мм/год.; час відпалу 80-120 годин; швидкість охолодження 4-5 K/год. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2