Спосіб одержання кристалів селениду цинку

Изобретение относится к выращиванию кристаллов и позволяет получить кристаллы диаметром более 60 мм с коэффициентом поглощения не более З г 2 Ч 0 " см"' на длине волны 1 0 , 6 мкм. П р е д в а р и т е л ь н о п р о в о д я т отжиг г р а ф и товой т е х н о л о г и ч е с к о й о с н а с т к и к о м п 1 р е с с и о н н о й п е ч и при т е м п е р а т у р е 1600- ]800°С в т е ч е н и е J - 2 ч в в а к у у м е ( 3 - 5 ) - 1 0 мм р т . с т . , заполняют объем п е ч и инертным г а з о м до п о я в л е н и я н е ниже к р и с т а л л и з а ц и о н н о г о и охлаждают л е ч ь . После охлаждения к о н т е й н е р з а полняют исходным м а т е р и а л о м , п л а в я т е г о и п р о в о д я т кристаллизацию т р и пропускании контейнера с расплавом ч е р е з температурный г р а д н е н і пэр, и з бытком д а в л е н и я и н е р т н о г о г а з д , не превышающим к р и с т а л л и з а ц и о н н о е д а в л е н и е , в цилиндрических п о л о с т я х , о с ь с которых п е р п е н д и к у л я р н а направлению кристаллизации, 1 т а б л . , 2 ил. 1 Изобретение относится к выращиванию кристаллов и позволяет получать кристаллы селенида цинка, и с п о л ь з у е мые для изготовления оптических э л е ментов инфракрасного излучения. Целью изобретения является получение кристаллов диаметром более 60 мм с коэффициентом поглощения не более 3 , 2 ' 1 0~3 см"1 на длине волны I С,6 мкм, На фиг.1 представлен общий вид контейнера для роста кристаллов селе~ нида цинка; на ф и г . 2 - р а з р е з А-А на фиг.I. П р и м е р.Графитовый контейнер 1, содержащий нижнюю кристаллизационную •полость 2, кристаллизационные полости секций 3 и питатель 4 , в сборе п о мещают в рабочее пространство ком прессионной печн,которую герметизируют, и вакуумируют объем печи до остаточного давления 3 • 3 (Т^мм р т . с т . при температуре ]800°С в течение J ч . При этом происходит десорбция атмосферных газов и влаги из графитовой оснастки печи (контейнера>нагревател я ! теплоизоляции ) , которые удаляются из объема печи. После этого рабочий объем печи заполняют аргоном до давления 12 атм и нагреватель отключают» При остывании печи до комнатной температуры под давлением аргона происходит процесс заполнения пор в графитовой оснастке инертным ra3OMj что препятствует последующей збсорбцуп атмо'сферных газов и влаги при р а з г е р метизации во время загрузки исходной шихты для выращивания кристаллов. І1-89 Цсп>1М>и •" • • • 1468023 Загрузку исходной шихты в контейнер осуществляют в такой последовательности. Кристаллизационные полости с е к ций 3 заполняют селенидом цинка и в горизонтальном положении контейнера 1 устанавливают одну на другую в нижнюю кристаллизационную полость 2,пос10 ле чего контейнер I устанавливают вер тик аль но, а пита тель 4 з аполн яют оставшимся селенидом цинка. В рабоч е м положении контейнера 1 цилиндрическая ось крісталлизационной полости секций 3 располагается перпендикулярно направлению кристаллизации. Загруженный контейнер 1 устанавливают в компрессионной печи на шток механизма возвратно-поступательного п е ремещения, компрессионную печь г е р - 20 метизируют, вакуумируют, заполняют аргоном. Производят оплавление з а грузки селенида цинка из питателя 4 в кристаллизационные полости секций 3 -у, при перегреве расплава выше на 30 С температуры плавления селенида цинка и скорости протяжки контейнера I Q C M / Ч , затем контейнер переводят в исходное положение, Оплавленную в кристалли30 зационные полости 2 исходную шихту кристаллизуют при пропускании тигля со скоростью 1,0 см/ч при ширине з о ны расплава 2 см и манометрическом давлении инертного г а з а 10 атм. После остывания печи до комнатной тем- 35 пературы, контейнер вынимают из печи, извлекают из него секции с кристаллическими заготовками, взамен к о т о рых с т а в я т новые и повторяют цикл выращивания. Конкретные примеры получения кристаллов селенида цинка и их коэффициент поглощения на длине волны 10,6 мкм приведены в таблице. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ получения кристаллов с е л е нида цинка, включающий загрузку в графитовый контейнер исходного материаля. плавление его в компрессионной печи и кристаллизацию в условиях градиента температуры при избытке давления инертного г а з а , не превышающего кристаллизационное давление, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ч т о , с целью получения кристаллов диаметром более 60 мм с коэффициентом поглощения не более 3 , 2'1 СГ^см" на длине в о л ны 10,6 мкм, предварительно проводят отжчг графитовой технологической о с настки компрессионной печи при температуре !600-1800 Q C в течение 1-2 ч в вакууме (3-5)-10" р мм р т . с т . с п о с ледующим заполнением объема печи инертным газом до давления, не ниже кристаллизационного и охлаждение, а кристаллизацию осуществляют в цилиндрических полостях, ось которых перпендикулярна направлению кристаллизации. Коэффициент поглощения кристаллов селенида пинка аа длине волны 10,6 мкм в зависимости от технологического обеспечения процесса кристаллизации Выращивание кристаллов в цилиндрическом тигле вдоль оси цилиндра диаметром, мм Отжиг графитовой оснастки в вакууме 33-5 ібЛімрт. и охлаждение в атмосфере аргона темперагура,°С 80 80 80 Не проводили « 5 80 1800 1800 в о Характеристика технологических параметров, определяющих качество кристаллов времд, ч 1 2 3 Коэффнии снт поглощения на длине волны 10,6 мкм см I 2 8, 0 10 7. 5 10 7,6 10 з Г-10 . 7.7 10 Кристаллы темно-коричневого цвета с большим содержанием пор, включений, присутствуют большое скопление пор. Кристаллы оптически неоднородны даже в поперечном сечении. В области длнн волн 2-6 мкм наблюдается поглоще_ ние до 6%. Отжиг и охлаждение в вакууме, аргоном компрееснонная печь не заполнялась. Внешний вид дис 1468023 Продолжение таблицы Выращивание кристаллов в цилиндрическом тигле вдоль оси цилиндра диаметром» мм КоэффициОтжнг грае н т ПОГЛОфитовой о с ЩЕНИЯ на настки в в а длине волкууме 33-5 1 0 им р т . ны 10,6 мкм ~ см и охлаждение в атмо- • сфере аргона температура, °С время. 7,9-Ю" 80 1800 во 80 1400 1600 1800 10 11 12 150x20 150x20 150x20 Не проводили 1,7 -10 8 , 9 Ю" 8 , 7 10" 13 * U 15 150x20 150x20 150x20 1600 1600 1600 1 2 3 3,2- 10'* 2,7- 10" 2,2 10'* 16 17 ISGxlS 1600 1800 J800 1800 1800 4 18 19 150x20 150x15 150x15 150x15 21 22 23 150x20 150x20 150x20 1400 1600 1800 24 150x15 1900 25 26 27 28 150x15 150x20 150x20 150x20 1900 1550 1850 1700 2,04 І0 3,6-10 1.5 2,0*10 0,67 3,4•10 29 30 I50x20 150x20 1700 1800 2.5 2,5 7 Ь 9 20 «0 Характеристика технологических параметров, определяющих качество кристаллов 4 2 1 1 2 3 4 4 4 4 7, 1 •10 8 10 6.3 •10 2,9 -10 2.0 10" 2.1 10~ 1,9 '10 2,06-10 9-10 8#2•10 8,7-10 2,2- 10~ 2,4 10 2,1-10 ков и коэффициент поглощения соответствует п. 1-3, так как происходит абсорбция атмосферных газов и влаги за время разгерметизации ростовой камеры при подготовке и технологическому циклу выращивания. На спектрах оптического пропускания в области 2-6 мкм наблюдается поглощение до 5%. Отжиг в вакууме, заполнение избыточным давлением аргона, охлаждение до комнатной температуры. Вырезанные из були диски 0 8 0 мм и толщикой 12 мм оптически неоднородны, содержат большую концентрацию пор, включений. Отжиг и заполнение аргоном в области длин воли 2-6 мкм. Кристаллы выращены в виде вертикально расположенных дисков. Кристаллы оптически неоднородны. Отмечается на 1/3 диска чистая бездефектная часть с однородными оптическими свойствами. Наблюдается хорошее оттеснение примеси. Снижение перегрева расплава у стенок тигпя ' уменьшает концентрацию технологической примеси в расплаве. В образцах наблюдается поглощение в области длин вотш 2-6 мкм, Отжиг при 1боо" С в течение £ ч и заполнен ЇЙ инертным газом способствует удалению иэ графитовой оснастки атмосферных газов и влаги до такого уровня примеси, который уже не отражается на качестве кристаллов. Поглощение а области 2-6 мкм отсутствует. Повышение температуры до 1800°С снижает время отжига. Снижение поверхности фронта кристалли— зацни в 5 раз в сравнении с цилиндром увеличивает стабильность условий кристаллизации и снижает дефектность кристаллов, что повышает нх качество. Отжиг в вакууме, охлаждение в вакууме, камера инертным газом не заполнялась. Выращенные кристаллы были без третин, пор, вкраплений, * * однако коэффициент оптического поглощения вырос и в области 2-6 мкм появилось поглощение. Отжиг графитовой оснастки без заполнения инертным газом результатов не дает, т . к . при р а з герметизации происходит абсорбция атмосферных газов и влаги. Отжьг при температуре ниже 1600°С не способствует удалению газов, и ft растет. Отжиг при температуре выше 1800°С уже не приводит к дальнейшему улучшению /Ї , так как содержание абсорбированных газов в графитовой оснастке снижается до такого уровня, который уне не отражается на величине /І . Отжиг менее 1 ч ухудшает jb , так как газы еще полностью не удаляются, а увеличение отжига более 2 ч нецелесообразна, т . е . значение не изменяется в лучшую сторону. 1468023 А-Л Фиг.1 Редактор А»Кондрахина Составитель И.Ярмолюк Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо Заказ 41 О/ДСП Тираж 233 Подписное • _. ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Т13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент"» г. Ужгород, ул. Гагарина,101