Спосіб вирощування монокристалів сапфіру ( a-al2o3) напрямленою вертикальною кристалізацією

Реферат: Спосіб вирощування монокристала сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву полягає у введенні в контакт з розплавом вихідної сировини, затравкового кристала, кристалографічний напрям осі якого зорієнтований відповідно заданому кристалографічному напрямку. Кристалографічний напрям осі затравкового кристала при введенні в контакт з розплавом вихідної сировини відхиляють від кристалографічного напрямку [0001] в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною. UA 69805 U (12) UA 69805 U UA 69805 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до технології вирощування монокристалів, призначена для отримання монокристалів сапфіру і може бути використана у приладобудуванні при виготовленні світлодіодів та ін. Відомий спосіб вирощування монокристалів, згідно до якого розплав вихідної сировини кристалізують на затравковому кристалі, вісь якого відповідає заданому кристалографічному напрямку. В процесі вирощування затравковий кристал переміщують вгору і одночасно обертають відносно вертикальної осі при заданій або змінюваній по заданій програмі температурі розплаву (Вильке К.Т. Выращивание кристаллов. Ленинград, Недра, 1977. - С. 423). Недоліками цього способу є те, що отримані монокристали мають невисоку структурну -3 досконалість, зокрема, густина дислокацій в них становить 10 , внаслідок того, що межа розподілу кристал-розплав знаходиться над дзеркалом розплаву, тобто у високоградієнтній зоні температур. Крім того, в процесі вирощування кристалізується ~80 % об'єму розплаву, що зменшує ефективність використання всієї маси вихідної сировини, яка розміщена в порожнині контейнера. Найбільш близьким за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб вирощування монокристалів сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву на заздалегідь зорієнтований відповідно заданому кристалографічному напрямку затравковий кристал шляхом плавного зниження температури розплаву (Блецкан Д.І., Блецкан О.Д., Лук'янчук О.Р., Машков А.I., Пекар Я.М. та Цифра В.І. Промислове вирощування монокристалів сапфіру видозміненим методом Кіропулоса. Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. 2000, № 6, С. 221-240). Недоліком способу за найближчим аналогом є те, що отримані монокристали мають невисоку структурну досконалість, ефективність використання об'єму таких монокристалів, що вирощені на затравкових кристалах, вісь яких співпадає з кристалографічним напрямом із найбільшою ретикулярною густиною при виготовленні, наприклад, світлодіодів, складає 25-30 %, залежно від якості монокристала, оскільки у вищевказаному виробництві використовують пластини, площини яких перпендикулярні кристалографічному напрямку (0001). В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу вирощування монокристалів сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву шляхом відхилення кристалографічного напряму осі затравкового кристалу від кристалографічного напрямку [0001], що за рахунок усунення в процесі вирощування виникнення малокутових границь та блоків, забезпечується висока якість вирощених монокристалів сапфіру (α-Аl2О3). Це дозволяє підвищити ефективність використання об'єму монокристала. Поставлена задача вирішується таким чином, що у способі вирощування монокристалів сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву, що полягає у введенні в контакт з розплавом вихідної сировини, затравкового кристала, кристалографічний напрям осі якого зорієнтований відповідно заданому кристалографічному напрямку [0001], згідно до корисної моделі, кристалографічний напрям осі затравкового кристала при введенні в контакт з розплавом вихідної сировини, відхиляють від кристалографічного напрямку [0001] в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною, причому кут відхилення складає 3°-6°. Відхилення кристалографічного напряму осі затравкового кристала в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною, дає можливість уникнути в процесі вирощування монокристалів малокутових границь та блоків. Величина кута відхилення кристалографічного напряму осі затравкового кристала в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною є також суттєвою, оскільки кут відхилення кристалографічного напряму осі затравкового кристала в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною не більше 3°, не дає можливості уникнути утворення в процесі вирощування малокутових границь та блоків, а відхилення осі затравкового кристала від кристалографічного напряму в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною, на кут, більший 6°, призводить до зменшення висоти циліндричних заготовок і, як наслідок, зменшення ефективності використання об'єму вирощеного монокристала. Оскільки кристалографічна площина [0001], перпендикулярна напрямку [0001], є атомарногладкою, ініціювання зародкоутворення на ній ускладнене внаслідок можливості виникнення декількох центрів кристалізації, що в кінцевому результаті може призвести до наявності у вирощеному кристалі малокутових границь та блоків. 1 UA 69805 U Відхилення осі затравкового кристала від кристалографічного напрямку [0001] в бік площин, перпендикулярних до кристалографічних напрямків, що мають найбільшу ретикулярну густину, 5 10 15 20 25 30 35 тобто [10 1 0] та [112 0] надає можливість уникнути в процесі вирощування монокристала утворення додаткових центрів кристалізації, що дозволяє усунути в процесі вирощування виникнення малокутових границь та блоків і покращити якість вирощених монокристалів сапфіру (α-Аl2О3). Суть способу, що заявляється, пояснюється конкретними прикладами його здійснення. Приклад 1. Вирощування монокристалів за найближчим аналогом. У тепловому вузлі установки для вирощування монокристалів розміщують заповнений вихідною сировиною вольфрамовий або молібден-вольфрамовий тигель та відповідним чином його екранують. Затравковий кристал циліндричної або призмоподібної форми, вісь якого відповідає кристалографічному напряму, за допомогою затравкотримача з'єднують з механізмом обертання та переміщення установки "Омега". Після герметизації та вакуумування кристалізаційного об'єму установки, вихідну сировину розплавляють, вводять в контакт з розплавом, кристалізують увесь його об'єм. Результати дифрактометричних досліджень вирощеного кристала показують наявність блоків у нижній його частині, що робить його не придатним для виробництва світлодіодів. Приклад 2. Розплав вихідної сировини кристалізують на затравковий кристал, кристалографічний напрям осі якого відхилений від кристалографічного напряму в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною на 3°. Результати дифрактометричних досліджень зразків вирощеного кристала показують відсутність малокутових меж та блоків як у нижній, так і верхній його частині, тобто він придатний для виробництва світлодіодів. Ефективність використання об'єму вирощеного монокристала складає 45-50 %. Приклад 3. Розплав вихідної сировини кристалізують на затравковий кристал, кристалографічний напрям осі якого, при введенні в контакт з розплавом вихідної сировини, відхиляють від кристалографічного напряму в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною на 6°. Результати дифрактометричних досліджень зразків вирощеного кристала показують відсутність малокутових меж та блоків як у нижній, так і у верхній його частині, тобто він придатний для виробництва світлодіодів. Ефективність використання об'єму вирощеного монокристала складає 45-50 %, тобто аналогічно Прикладу 2. В таблиці наведені результати дифрактометричних досліджень вирощування монокристалів з відхиленням на 0°-7° кристалографічного напряму осі затравочного кристалу від кристалографічного напрямку [0001] в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною. 40 Таблиця № Відхилення осі затравкового кристала від кристалографічного напрямку [0001], (град) 1 0 2 1 3 2 4 5 6 7 3 4 5 6 8 7 Результати дифрактометричних досліджень Монокристал містить малокутові межі та блоки Монокристал містить малокутові межі та блоки Монокристал містить малокутові межі та блоки Малокутові межі та блоки відсутні Малокутові межі та блоки відсутні Малокутові межі та блоки відсутні Малокутові межі та блоки відсутні Монокристал містить малокутові межі та блоки 2 Ефективність використання об'єму вирощеного монокристала, (%) 25-30 25-30 25-30 45-50 45-50 45-50 45-50 25-30 UA 69805 U 5 З таблиці випливає, що при відхиленні осі затравкового кристала від кристалографічного напрямку [0001] в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною на 3°-6°, малокутові межі та блоки в монокристалі відсутні, що свідчить про їх високу структурну досконалість. Відхилення кристалографічної осі затравкового кристала від кристалографічного напряму [0001] більше ніж 6° недоцільне, оскільки призводить до зменшення висоти циліндричної заготовки вирощеного монокристала. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб вирощування монокристала сапфіру (α-Аl2О3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву, що полягає у введенні в контакт з розплавом вихідної сировини, затравкового кристала, кристалографічний напрям осі якого зорієнтований відповідно заданому кристалографічному напрямку, який відрізняється тим, що кристалографічний напрям осі затравкового кристала при введенні в контакт з розплавом вихідної сировини, відхиляють від кристалографічного напрямку [0001] в бік кристалографічних площин, які перпендикулярні до кристалографічних напрямків із найбільшою ретикулярною густиною, причому кут відхилення складає 3°-6°. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3