Спосіб отримання монокристалів tl10hg3cl16

Реферат: Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів Tl10Hg3Cl16 включає складання шихти із розрахованих кількостей очищених бінарних сполук, взятих у потрібних співвідношеннях, синтез речовини потрібного складу у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з конусним дном в печі шахтного типу, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера. При цьому шихту складають із сполук, взятих у нестехіометричному складі, синтез і ріст суміщають в одній ампулі, при цьому, враховуючи інконгруентний характер плавлення Tl10Hg3Cl16, вибирають вихідний склад із області первинної кристалізації сполуки (70 мол. % ТlСl і 30 мол. % HgCl2), проводять синтез Tl10Hg3Cl16 при нагріванні із швидкістю 20-25 K/год. до 720-740 K, витримці протягом 6-7 год., ампулу витягують із печі і перевертають конусом донизу, охолоджують до кімнатної температури, осаджують, перепаюють ампулу для зменшення вільного об'єму і переносять у ростову піч; ріст проводять при температурі верхньої зони - 573-593 K, нижньої - 483-4503 K; градієнті температури в області кристалізації - 2-4 K/см; швидкості росту - 6-7 мм/доба; витримці у зоні відпалу протягом 80-120 год., швидкості охолодження до кімнатної температури близько 4-5 K/год. UA 115226 U (12) UA 115226 U UA 115226 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 монокристал отримують шляхом змішування в стехіометричному співвідношенні відповідних бінарних сполук ТlI та HgI2, які поміщають в кварцову ампулу, що вакуумують і запаюють. Маса шихти становила до 100 г. Вирощування проводять у двозонній печі методом Бріджмена з швидкістю росту від 1 до 3-5 см/добу, при градієнті температури в діапазоні 20-30 К/см і швидкості охолодження 5-10 К/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 Tl4Hgl6, в якому для синтезу кристалів використовували вихідні компоненти ТlI та HgI2, 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 Τ=473-573 К. 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 К вище температури плавлення речовини. Коли температура росту стабілізувалася при 523 К кристал витримували протягом 1 дня. Отримали 3 монокристал хорошої оптичної якості об'ємом 1,2 см . [М. Piasecki, G. Lakshminarayana, А. О. Fedorchuk, О. S. Kushnir, V. A. Franiv, Α. V. Franiv, G. Myronchuk, К. J. Plucinski Temperature operated infrared nonlinear optical materials based on Tl4HgI6 // J Mater Sci: Mater Electron DOI 10.1007/s10854-012-0903-6]. 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 Tl4Hgl6, в якому синтез Tl4Hgl6 проводився з вихідних монокристалічних бінарних сполук ТlI та HgI2, узятих в стехіометричних співвідношеннях. Процес синтезу проводили в кварцовій ампулі діаметром 12 мм у температурному діапазоні 250-350 °C. Швидкість пониження температури становила 2 °C/год. Кристали Tl4Hgl6, вирощували за методом Бріджмена у вертикальній печі (швидкість росту 2 мм/год.). Одержано прозорі моноблоки 3 розмірами ~ 10×10×30 мм . Кристали за кімнатної температури червоні, при 410 К стають чорними, а наступне охолодження повертає їх до вихідного стану. [В.А. Франів, О.В. Бовгира, І.С. Гірник, О.С. Кушнір, О.В. Футей, А.П. Васьків Сенсор температури на основі кристалів Tl4Hgl6 і Tl4Pbl6 // ISSN 2224-087X. Електроніка та інформаційні технології. 2013. Випуск 3. С. 3439] Суттєвим недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали Tl10Hg3Cl16, використовуючи ідентичні режими вирощування. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих кристалів Tl10Hg3Cl16 шляхом зміни параметрів та операцій у технології отримання. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому способі отримання галогеновмісних монокристалів, що включає складання шихти із розрахованих кількостей очищених бінарних сполук, взятих у потрібних співвідношеннях, синтез речовини потрібного складу у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з конусним дном в печі шахтного типу, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, згідно з корисною моделлю, що заявляється, шихту складають із сполук, взятих у нестехіометричному складі, синтез і ріст суміщають в одній ампулі, при цьому, враховуючи інконгруентний характер плавлення Tl10Hg3Cl16, вибирають вихідний склад із області первинної кристалізації сполуки (70 мол. % ТlСl і 30 мол. % HgCl2), проводять синтез Tl10Hg3Cl16 при нагріванні із швидкістю 20-25 К/год. до 720-740 К, витримці протягом 6-7 год., ампулу витягують із печі і перевертають конусом донизу, охолоджують до кімнатної температури, осаджують, перепаюють ампулу для зменшення вільного об'єму і переносять у ростову піч; ріст проводять при температурі верхньої зони - 573-593 К, нижньої 483-4503 К; градієнті температури в області кристалізації - 2-4 К/см; швидкості росту - 6-7 мм/доба; витримці у зоні відпалу протягом 80-120 год., швидкості охолодження до кімнатної температури близько 4-5 К/год. Таким чином, в порівнянні з прототипом, використання в способі, що заявляється, нестехіометричного складу шихти, що відповідає області первинної кристалізації в системі ТlСlHgCl2 і становить 70 мол. % ТlСl і 30 мол. % HgCl2, синтезу, та вирощування Tl10Hg3Cl16 в одній 1 UA 115226 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ампулі з конічним дном, температури синтезу 720-740 К, температури зони росту та зони відпалу 573-593 К та 483-4503 К відповідно, градієнта температури в області кристалізації - 2-4 К/см; швидкості кристалізації 6-7 мм/доба, відпалу протягом 80-120 год. дає можливість вирощувати досконалі монокристали Tl10Hg3Cl16. Якщо склад шихти буде стехіометричним, то внаслідок первинної кристалізації ТlСl буде відсутня площина (затравка), необхідна для вирощування монокристалів Tl10Hg3Cl16. Застосування окремих ампул для синтезу та вирощування зумовить збільшення витрат матеріалу та часу. Якщо температура розплаву при синтезі буде нижчою 720 К, то гомогенізація розплаву буде неповною, а при вищій 740 К відбудеться підвищення тиску внаслідок леткості HgCl2. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 2 К/мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 4 К/мм розтріскування кристалів. Застосування швидкості кристалізації меншої 6 мм/доба призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 7 мм/доба - до полікристалічності і розтріскування зразка. 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 Tl10Hg3Cl16 пояснюється на такому прикладі проведення технології його отримання. Для синтезу Tl10Hg3Cl16 використовували очищені бінарні хлориди. ТlСl очищували методом Бріджмена та 30-ти кратною зонною перекристалізацією. Комерційний HgCl2 піддавали двократній перегонці в статичних умовах, а потім направленою кристалізацією за методом Бріджмена. Для росту кристалу Tl10Hg3Cl16 вибирали вихідний склад шихти із області її первинної кристалізації (70 мол. % ТlСl і 30 мол. % HgCl2). Процеси синтезу і росту суміщали в одному і тому ж кварцовому контейнері із конусоподібною нижньою частиною. На стадії синтезу вакуумовану ампулу із бінарними хлоридами нагрівали в шахтній печі (положення ампули - конусом доверху) до 720 К. Після витримки протягом 6 год. ампулу витягували із печі і перевертали конусом донизу і охолоджували до кімнатної температури. Далі осаджували і перепаювали ампулу з метою зменшення вільного об'єму і переносили у ростову піч. Ріст кристалу Tl10Hg3Cl16 проходив шляхом опускання ростового контейнера із розплавом у двозонній печі із сталим температурним профілем. Температура верхньої/нижньої зон становила 573/493 К при градієнті температур 3 К/см. Швидкість переміщення контейнера - 6 мм/доба. Одержана буля представлена у вигляді фото на кресленні. Вона складається із двох частин - в конусоподібній (нижній) частині розміщений кристал Tl10Hg3Cl16 розмірами до 20 мм, в циліндричній (верхній) - закристалізована евтектика Tl10Hg3Cl16+TlHgCl3. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів Tl10Hg3Cl16, що включає складання шихти із розрахованих кількостей очищених бінарних сполук, взятих у потрібних співвідношеннях, синтез речовини потрібного складу у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з конусним дном в печі шахтного типу, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури за методом Бріджмена-Стокбаргера, який відрізняється тим, що шихту складають із сполук, взятих у нестехіометричному складі, синтез і ріст суміщають в одній ампулі, при цьому, враховуючи інконгруентний характер плавлення Tl10Hg3Cl16, вибирають вихідний склад із області первинної кристалізації сполуки (70 мол. % ТlСl і 30 мол. % HgCl2), проводять синтез Tl10Hg3Cl16 при нагріванні із швидкістю 20-25 K/год. до 720-740 K, витримці протягом 6-7 год., ампулу витягують із печі і перевертають конусом донизу, охолоджують до кімнатної температури, осаджують, перепаюють ампулу для зменшення вільного об'єму і переносять у ростову піч; ріст проводять при температурі верхньої зони - 573-593 K, нижньої - 483-4503 K; градієнті температури в області кристалізації - 2-4 K/см; швидкості росту - 6-7 мм/доба; витримці у зоні відпалу протягом 80-120 год., швидкості охолодження до кімнатної температури близько 4-5 K/год. 2 UA 115226 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак 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 3