Спосіб отримання монокристалів tlhgbr3

Реферат: Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів TlHgBr3, що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей компонентів, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури, які здійснюють за методом Бріджмена-Стокбаргера, причому попередньо очищені 30-кратним зонним плавленням бінарні броміди ТlВr і HgBr2, піддають синтезу для отримання TlHgBr3 безпосереднім сплавлянням бромідів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з конічним дном в печі шахтного типу, при цьому синтез проводять при нагріванні до 850-870 Κ із швидкістю 20-30 Κ/год., та витримці 6 год. при поступовому пониженні температури до кімнатної із швидкістю 20-25 Κ/год., а операцію вирощування проводять при наступних умовах: температура в зоні розплаву - 550-570 Κ, температура в зоні відпалу - 380400 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 14-16 Κ/см, швидкість росту - 10-12 мм/доба, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. UA 115603 U (12) UA 115603 U UA 115603 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, як детектори іонізуючого випромінювання, датчики температури, іон-селективні електроди. Відомий спосіб отримання монокристалів Тl3РbВr5, в якому стехіометричні кількості порошків високої чистоти ТlВr і РbВr2 змішували і завантажували в кварцову ампулу, сушили у вакуумі при ~80 °C протягом 24 год. Потім температуру поступово збільшували, проводили термічну обробку в атмосфері газу НВr електронного класу під тиском 1 атм. Кварцову трубку запаювали під тиском аргону 0,4 атм і поміщали у вертикальну піч Бріджмена-Стокбаргера з -1 температурним градієнтом в адіабатичній зоні близько 25 °C см . [A. Ferrier, M. Velazquez, J.-L. 3+ Doualan, R. Moncorge. Pr -doped Tl3PbBr5: a non-hygroscopic, non-linear and low-energy phonon single crystal for the mid-infrared laser application // Appl Phys В (2009) 95-pp. 287-291]. Недоліком цього способу є те, що він потребує складного апаратурного оформлення, зокрема використання газу НВr електронного класу та аргону. Відомий також спосіб отримання монокристалів Тl3РbВr5, в якому Тl3РbВr5 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 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. - 591203-1]. Недоліком такого способу є те, що він не дає можливості отримати якісні монокристали TlHgBr3, використовуючи аналогічні режими вирощування, зокрема, внаслідок розтріскування монокристалів при застосуванні високого градієнту температури (близько 30 Κ/см). Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що пропонується, є спосіб отримання галогеновмісних монокристалів, зокрема Tl4HgI6 методом Бріджмена-Стокбаргера в вертикальній печі з градієнтом температури 15 Κ/см в зоні кристалізації, швидкості росту 6 мм/добу. Сполуку Tl4HgI6 було попередньо синтезовано в ампулах з кварцового скла з високочистих елементарних складових (талій, ртуть, йод) за наступною схемою: спочатку ампулу витримували протягом 15 год. при 250 °C, потім температуру синтезу підвищили до 420 °C. Синтез був завершений протягом 24 год. Вирощені кристали були від темно-червоного до чорного кольору (при збільшенні концентрації йоду від його стехіометрического значення, колір кристалу змінювався від червоного до чорного). [K.I. Avdienko, D.V. Badikov, V.V. Badikov, V.I. Chizhikov, V.L. Panyutin, G.S. Shevyrdyaeva, S.I. Scherbakov, E.S. Scherbakova. Optical properties of thallium mercury iodide // Optical Materials 23 (2003). - pp. 569-573] Суттєвим недоліком такого способу є те, в ньому використовуються для синтезу та росту прості речовини - талій, ртуть та йод, що може зумовити відхилення складу кристалу від стехіометричного та необхідність перенесення матеріалу з ампули для синтезу в ампулу для вирощування. Задачею, на вирішення якого спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих кристалів TlHgBr3 шляхом зміни технології отримання. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому способі отримання галогеновмісних монокристалів TlHgBr3, що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей компонентів, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури, які здійснюють за методом БріджменаСтокбаргера, який відрізняється тим, що попередньо очищені 30-кратним зонним плавленням бінарні броміди ТІВr і HgBr2, піддають синтезу для отримання TlHgBr3 безпосереднім сплавлянням бромідів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з конічним дном в печі шахтного типу, при цьому синтез проводять при нагріванні до 850-870 Κ із швидкістю 20-30 Κ/год., та витримці 6 год. при поступовому пониженні температури до кімнатної із швидкістю 2025 Κ/год., а операцію вирощування проводять при наступних умовах: температура в зоні розплаву - 550-570 Κ, температура в зоні відпалу - 380-400 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 14-16 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 та вирощування TlHgBr3 в ампулі з конічним дном, температури синтезу 850-870 Κ Κ, температури зони росту та зони відпалу 550-570 Κ та 380-400 Κ відповідно, градієнта температури в області кристалізації - 14-16 Κ/см; швидкості кристалізації 10-12 мм/доба дає можливість вирощувати досконалі (довжиною до 30 мм, діаметром до 20 мм) монокристали TlHgBr3 надає можливість отримати великі досконалі монокристали з галогеновмісткою складовою при зменшенні витрат матеріалу та часу. 1 UA 115603 U 5 10 15 20 25 Якщо температура розплаву при синтезі буде нижчою 770 Κ, то гомогенізація розплаву буде неповною, а при вищій 790 Κ відбудеться підвищення тиску внаслідок леткості HgBr2. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 14 Κ /мм, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 16 Κ /мм розтріскування кристалів. Застосування швидкості кристалізації меншої 10 мм/доба призведе до збільшення часу вирощування, а більшої 12 мм/доба - до полікристалічності і розтріскування зразка. Спосіб отримання монокристалів TlHgBr3 ілюструється на такому прикладі проведення технології його отримання: Талій бромід одержували взаємодією відповідного нітрату із бромідом калію (талій нітрат одержували взаємодією елементарного талію (99.99 мас. %) із нітратною кислотою). Світло-жовтий порошок промивали 10-кратною декантацією, висушували і очищували, піддаючи направленій кристалізації вертикальним варіантом методу БріджменаСтокбаргера у вакуумованій кварцовій ампулі. Далі, відкидали найбільш забруднену верхню частину булі, а нижню частину піддавали 30-разовій перекристалізації горизонтальною зонною перекристалізацією. Бромід ртуті використовували комерційний, який додатково очищували двократною перегонкою у статичних умовах. Синтез та ріст кристалів TlHgBr3 проводили без перезавантаження у вакуумовій кварцовій ампулі із спеціальним донним закінченням, яке дозволяє проводити формування монокристалічного зародка. Синтез проводили в печі шахтного типу при нагріванні до 850-870 Κ із швидкістю 20-30 Κ/год., витримці 6 год., поступовому пониженні температури до кімнатної з швидкістю 20-25 Κ /год. Згідно з фазовою діаграмою TlBr-HgBr2, TlHgBr3 плавиться конгруентно при 450 Κ, тому для одержання його кристалів був застосований вертикальний варіант методу Бріджмена-Стокбаргера. Температура верхньої зони становила 550 Κ, а нижньої - 380 Κ. Градієнт температур на фронті кристалізації 16 Κ /см. Швидкість росту була сталою протягом усього часу переміщення ростового контейнера і становила 12 мм/доба. Після кристалізації усього об'єму розплаву, температуру обох зон синхронно понижували до кімнатної температури зі швидкістю близько 4-6 К/год. Отримана буля TlHgBr3 представлена у вигляді фото (Фіг. 1), а вирощений монокристал TlHgBr3 представлений також у вигляді фото на Фіг. 2. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб отримання галогеновмісних монокристалів TlHgBr3, що включає складання шихти із розрахованих стехіометричних кількостей компонентів, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури, які здійснюють за методом Бріджмена-Стокбаргера, який відрізняється тим, що попередньо очищені 30-кратним зонним плавленням бінарні броміди ТlВr і HgBr2, піддають синтезу для отримання TlHgBr3 безпосереднім сплавлянням бромідів у вакуумованій і запаяній кварцовій ампулі з конічним дном в печі шахтного типу, при цьому синтез проводять при нагріванні до 850-870 Κ із швидкістю 20-30 Κ/год., та витримці 6 год. при поступовому пониженні температури до кімнатної із швидкістю 20-25 Κ/год., а операцію вирощування проводять при наступних умовах: температура в зоні розплаву - 550-570 Κ, температура в зоні відпалу - 380-400 Κ, градієнт температури в зоні кристалізації - 14-16 Κ/см, швидкість росту - 10-12 мм/доба, швидкість охолодження - 4-5 Κ/год. 2 UA 115603 U Комп’ютерна верстка М. 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 3