Спосіб отримання монокристалів tl3pbі5

Реферат: Спосіб отримання монокристалів Тl3РbІ5 з розплаву включає компоновку стехіометричної шихти із бінарних йодидів ТlI і РbІ2, синтез Тl3РbІ5 безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній ампулі, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера. При цьому синтез і вирощування Тl3РbІ5 проводять в одній і тій же ростовій кварцовій ампулі з грушоподібним днищем, а процес вирощування монокристалів проводять на затравку при наступних параметрах: температура в зоні розплаву - 710-730 K; температура в зоні відпалу - 610-630 K; градієнт температури в зоні кристалізації - 10-12 K/см; швидкість росту - 4-6 мм/доба; час відпалу - 80-120 годин; швидкість охолодження - 4-5 K/год. UA 116022 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ Tl3PbІ5 UA 116022 U UA 116022 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів отримання монокристалів, що мають напівпровідникові властивості і можуть використовуватися в приладах для нелінійної оптики. Відомий спосіб отримання монокристалів Тl3РbІ5, в якому стехіометричні кількості порошків ТlI та РbІ2 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 10 Па. Кварцову ампулу повільно опускали (1 мм/год.) в нагрітій трубчастій печі, градієнт в області фронту кристалізації - 8 K/см. [K. Hitomi, Т. Onodera, Т. Shoji, and Y. Hiratate Thallium Lead iodide Radiation Detectors //IEEE Trans. Nucl. Sci. - 2003. - Vol. 50. - № 4. Р. 1039-1042]. Недоліком цього способу є те, що він потребує складного апаратурного оформлення, зокрема використання аргону. Відомий спосіб отримання монокристалів Тl3РbІ5, в якому Тl3РbІ5 отримували шляхом змішування в стехіометричному співвідношенні відповідних бінарних сполук, які поміщали в кварцову ампулу, що вакуумували і запаювали. Маса шихти становила до 100 г. Вирощування проводили у двозонній печі методом Бріджмена з швидкістю росту від 2 до 3 см/добу, при градієнті температури в діапазоні 20-30 K/см і швидкості охолодження 5-10 K/год. [N.В. Singh, D.R. Suhre, К. Green, Dr. N. Fernelius and F.K. Hopkins /Ternary Halides; Novel NLO Compounds for LWIR //Proc. of SPIE]. Недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали Тl3РbІ5 внаслідок розтріскування монокристалів при застосуванні високого градієнту температури (20-30 K/см). Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб отримання монокристалів ТlРbІ3, в якому ТlI та РbІ2 чистотою >99 % запаювали під вакуумом в ампулах, нагрівали до температури, вищої на 50 °C від температури плавлення ТlРbІ3. Розплав витримували при цій температурі близько семи годин, періодично добре струшуючи для забезпечення однорідності. Отриманий ТlРbІ3 очищували десять разів методом зонного плавлення (швидкість 8 мм/год.). Для вирощування монокристалів використовували середню частину булі. Вирощували методом Бріджмена при градієнті температур ~30 K/см та швидкості 207 205 опускання 1 мм/год. [S. Sharma, N. Weiden, and A. Weiss. Pb and Tl NMR on Perovskite Type Crystals APbX3 (A=Cs, ТІ, X-Br, I) //Z. Naturforsch. - 1987. - Р. 1313-1320]. Суттєвим недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали Тl3РbІ5 внаслідок їх розтріскування через потребу застосування у такій технології високого градієнту температури (близько 30 K/см); а також необхідності перенесення матеріалу із ампули для синтезу в ампулу для росту. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача отримання великих досконалих кристалів Тl3РbІ5. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому способі отримання, що включає складання шихти із розрахованих кількостей очищених 30-кратно зонним плавленням та направленою кристалізацією на установці Бріджмена-Стокбаргера бінарних йодидів ТlI і РbІ2, синтез Т13РbІ5 безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній ампулі, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, згідно з корисною моделлю, що заявляється, синтез і ріст суміщають в одній кварцовій ампулі з грушоподібним відростком, при цьому синтез проводять безпосереднім сплавлянням ТlI і РbІ2 при температурі 770-790 K, витримці 6 год., поступовому зниженні температури зі швидкістю 20 К/год. до кімнатної. Крім цього очищення бінарних сполук ТlI і РbІ2 проводять 30-кратним зонним плавленням, а сукупність технологічних параметрів одержання монокристалів Тl3РbІ5 обирають у таких межах: температура в зоні розплаву 710-730 K, температура в зоні відпалу 610-630 K, градієнт температури 10-12 K/см, швидкість росту - 4-6 мм/доба, час відпалу - 80-120 год., швидкість охолодження - 4-5 K/год. Таким чином, в порівнянні з прототипом, використання в способі, що заявляється, шихти, складеної з бінарних сполук ТlI і РbІ2, синтезу та вирощування Тl3РbІ5, суміщених в ампулі з грушоподібним відростком, температури зони росту та зони відпалу 710-730 K та 610-630 K відповідно, градієнта температури в області кристалізації - 10-12 K/см; швидкості кристалізації 4-6 мм/доба дає можливість вирощувати великі досконалі (довжиною до 40 мм, діаметром до 25 мм) монокристали Тl3РbІ5. Застосування окремих ампул для синтезу і для вирощування недоречне, тому що призведе до збільшення витрат матеріалу та часу. 1 UA 116022 U 5 10 15 20 25 Застосування швидкості кристалізації меншої 4 мм/доба призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 6 мм/доба - до полікристалічності і розтріскування зразка. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 10 K/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 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. Спосіб отримання монокристалів Тl3РbІ5 ілюструється на такому прикладі проведення технології його отримання. Вихідними речовинами для компонування шихти служили розраховані кількості бінарних йодидів ТlI і РbІ2, які були попередньо очищені зонною плавкою (не менше 30 проходів зони). Тl3РbІ5 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 770 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 720 та 620 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 неї монокристал вертикальним методом Бріджмена-Стокбаргера при градієнті температур 12 K/см, швидкості росту 5 мм/доба. Після кристалізації розплаву, ампулу переводили у зону відпалу, де витримували 100 годин і далі поволі з швидкістю 4-5 K/год. охолоджували до кімнатної температури. Отримали монокристалічну булю з діаметром 20 та довжиною 45 мм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб отримання монокристалів Тl3РbІ5 з розплаву, який включає компоновку стехіометричної шихти із бінарних йодидів ТlI і РbІ2, синтез Тl3РbІ5 безпосереднім сплавлянням йодидів у вакуумованій і запаяній ампулі, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, який відрізняється тим, що синтез і вирощування Тl3РbІ5 проводять в одній і тій же ростовій кварцовій ампулі з грушоподібним днищем, а процес вирощування монокристалів проводять на затравку при наступних параметрах: температура в зоні розплаву 710-730 K; температура в зоні відпалу 610-630 K; градієнт температури в зоні кристалізації 10-12 K/см; швидкість росту 4-6 мм/доба; 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