Спосіб отримання монокристалів tlhgcl3

Реферат: Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів TlHgCl3, що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей складових, вирощування у запаяних вакуумованих кварцових ампулах в печі шахтного типу монокристалів завданого складу за методом Бріджмена-Стокбаргера, відпал отриманого монокристалу та остаточне охолодження до кімнатної температури, причому перед операцією вирощування монокристалу спочатку одержують очищені 30-кратною зонною перекристалізацією бінарні хлориди ТlСl і Hgl2, синтезують TlHgCl3 безпосереднім сплавленням одержаних хлоридів ТlСl і HgCl 2, при цьому синтез і ріст проводять при температурі 720-740 Κ із швидкістю 20-25 Κ/год., витримці до 6 год., поступовому зниженні температури до кімнатної із швидкістю 20-25 Κ/год., а операцію вирощування монокристалу проводять за таких умов: температура в зоні розплаву - 550-570 Κ, температура в зоні відпалу - 440-460 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 7-9 Κ/см, швидкість росту - 10-12 мм/доба, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. UA 116036 U (12) UA 116036 U UA 116036 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів отримання монокристалів, що мають напівпровідникові властивості і можуть використовуватися в приладах для нелінійної оптики, як детектори іонізуючого випромінювання, датчики температури. Відомий спосіб отримання монокристалів Tl4Hgl6, в якому Tl4HgI6 отримували шляхом змішування в стехіометричному співвідношенні відповідних бінарних сполук ТlI та Hgl 2, 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 Κ/см і швидкості охолодження 5-10 Κ/год. [N. В. Singh, D. R. Suhre, K. Green, Dr. N. Fernelius and F. K. Hopkins/ Ternary Halides; Novel NLO Compounds for LWIR // Proc. of SPIE Vol. 5912. - p.591203-1]. Недоліком цього способу є те, що він не дає можливості отримати великі кристали хорошої якості. Відомий також спосіб отримання монокристалів Tl4HgI6, в якому для синтезу кристалів використовували вихідні компоненти ТlI та Hgl2, взяті в еквімолярному співвідношенні. Проводили багатократну (близько 20 разів) очистку розплаву в кварцових ампулах. Монокристал вирощували методом Бріджмена-Стокбаргера в кварцовій ампулі діаметром 12 мм з конічним днищем, вакуумованій до тиску 5 мм рт.ст., яку поміщали в ростову піч. Протягом 3 год. температуру підвищували до Т = 473-573 Κ. У процесі росту тигель був переміщений через зону кристалізації зі швидкістю 0,5 мм/год. Температура верхньої частини печі була стабілізована і зафіксована на рівні близько 323 Κ вище температури плавлення речовини. Коли температура росту стабілізувалася при 523 Κ кристал витримували протягом 1 дня. 3 Отримали монокристал хорошої оптичної якості об'ємом 1,2 см . [М. Piasecki, G. Lakshminarayana, А. О. Fedorchuk, О. S. Kushnir, V. A. Franiv, A. V. Franiv, G. Myronchuk, К. J. Plucinski Temperature operated infrared nonlinear optical materials based on Tl4HgI6 // J Mater Sci: Mater Electron DOI 10.1007/sl0854-012-0903-6]. Недоліком цього способу є те, що він не дає можливості отримати великі кристали хорошої якості. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що пропонується, є спосіб отримання монокристалів Tl4CdI6, в якому монокристали Tl4CdI6 вирощували за стандартною технологією Бріджмена-Стокбаргера, використовуючи кварцові ампули з конічним дном і діаметром 12 мм. Ампулу, що містила суміш очищених зонною перекристалізацією (до 20 разів) вихідних -5 галогенідів необхідного молярного вмісту відкачували до тиску 10 мм рт.ст. протягом 3 год. і одночасно нагрівали до температури Т=470-570 Κ. Після цього ампулу відпалювали і поміщали в ростову піч. Під час процесу вирощування, ампула проходила через зону кристалізації зі швидкістю 0,5 мм/год. Температура у верхній частині печі - близько 50 Κ вища, ніж температура плавлення речовини (температура плавлення ~ 670 Κ). Після завершення процедури вирощування температуру печі знижували до 420 Κ і кристал відпалювали протягом 24 год. Отримали Tl4CdI6 монокристалів досить доброї оптичної якості з діаметром 12 мм і 15 мм. [Franiv A. V., Kushnir О. S., Girnyk I. S., Franiv V. A., Kityk I., Piasecki M. and Plucinski К. J. Growth, crystal structure, thermal properties and optical anisotropy of Tl4CdI6 single crystals // Ukr. J. Phys. Opt. 2013, Volume 14, Issue 1 pp.6-14]. Суттєвим недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали TlHgCl3, використовуючи ідентичні режими вирощування, якими характеризується спосіб вирощування монокристалів Tl4CdI6. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих монокристалів TlHgCl3 шляхом зміни параметрів у технології отримання. Поставлена задача вирішується таким чином У відомому способі отримання галогеновмісних монокристалів TlHgCl 3, що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей складових, вирощування у запаяних вакуумованих кварцових ампулах в печі шахтного типу монокристалів заданого складу за методом Бріджмена-Стокбаргера, відпал отриманого монокристалу та остаточне охолодження до кімнатної температури, згідно з корисною моделлю, що заявляється, перед операцією вирощування монокристалу спочатку одержують очищені 30-кратною зонною перекристалізацією бінарні хлориди ТlСl і HgCl2, синтезують TlHgCl3 безпосереднім сплавленням одержаних хлоридів ТlСl і HgCl2, при цьому синтез і ріст проводять при температурі 720-740 Κ із швидкістю 20-25 Κ/год., витримці до 6 год., поступовому зниженні температури до кімнатної із швидкістю 20-25 Κ/год., а операцію вирощування монокристалу проводять за таких умов: температура в зоні розплаву - 550-570 Κ, температура в зоні відпалу 440-460 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 7-9 Κ/см, швидкість росту - 10-12 мм/доба, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. Таким чином, в порівнянні з прототипом, використання в способі, що заявляється, синтезу з бінарних сполук і росту в одній ампулі з конічним дном при нагріванні із швидкістю 20-25 Κ/год. 1 UA 116036 U 5 10 15 20 до 720-740 Κ, витримкою протягом 6 год., вирощування TlHgCl3 при температурах зони росту та зони відпалу 550-570 Κ та 440-460 Κ відповідно, градієнті температури в області кристалізації 7-9 Κ/см; швидкості кристалізації 10-12 мм/доба дає можливість вирощувати досконалі (довжиною до 30 мм, діаметром до 20 мм) монокристали TlHgCl3. Застосування швидкості кристалізації меншої 10 мм/доба призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 12 мм/доба - до полікристалічності і розтріскування зразка. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 7 Κ/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 9 Κ/мм розтріскування кристалів. 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 TlHgCl3. ілюструється на такому прикладі проведення технології його отримання. Для синтезу TlHgCl3 використовувались бінарні хлориди, при цьому Т1С1 одержували взаємодією відповідного нітрату із соляною кислотою, очищували піддаючи направленій кристалізації вертикальним варіантом методу Бріджмена-Стокбаргера і 30-ти разовою перекристалізацією зонним плавленням, а комерційний хлорид ртуті вибирали як готовий компонент, який додатково очищували вакуумною дистиляцією. Згідно з фазовою діаграмою TICl-HgCl2, TlHgCl3 плавиться конгруентно при 497 Κ, тому для одержання його кристалів був використаний метод спрямованої кристалізації у двозонній печі при наступних умовах росту: температура верхньої зони - 553 Κ, нижньої - 453 Κ; градієнт температури в області кристалізації - 7 Κ/см; швидкості росту -12 мм/доба; витримка у зоні відпалу протягом 100 год., швидкість охолодження до кімнатної температури близько 4-5 Κ/год. У підсумку отримана монокристалічна буля діаметром 20 та довжиною 30 мм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів TlHgCl3, що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей складових, вирощування у запаяних вакуумованих кварцових ампулах в печі шахтного типу монокристалів завданого складу за методом Бріджмена-Стокбаргера, відпал отриманого монокристалу та остаточне охолодження до кімнатної температури, який відрізняється тим, що перед операцією вирощування монокристалу спочатку одержують очищені 30-кратною зонною перекристалізацією бінарні хлориди ТlСl і Hgl2, синтезують TlHgCl3 безпосереднім сплавленням одержаних хлоридів ТlСl і HgCl2, при цьому синтез і ріст проводять при температурі 720-740 Κ із швидкістю 20-25 Κ/год., витримці до 6 год., поступовому зниженні температури до кімнатної із швидкістю 20-25 Κ/год., а операцію вирощування монокристалу проводять за таких умов: температура в зоні розплаву 550-570 Κ, температура в зоні відпалу - 440-460 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 79 Κ/см, швидкість росту - 10-12 мм/доба, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. Комп’ютерна верстка В. Мацело 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