Спосіб отримання монокристалів ag2cdsns4

Реферат: Спосіб отримання монокристалів Ag2CdSnS4 з розчину-розплаву належить до хімічних технологій, зокрема до способів отримання монокристалів, що мають напівпровідникові властивості і можуть використовуватися в приладах оптоелектроніки, зокрема як матеріали фотодатчиків, нелінійної оптики та ін. UA 70717 U (54) СПОСІБ ОТРИМАННЯ МОНОКРИСТАЛІВ Ag2CdSnS4 UA 70717 U UA 70717 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до хімічних технологій, зокрема до способів отримання монокристалів, що мають напівпровідникові властивості і можуть використовуватися в приладах оптоелектроніки, зокрема як матеріали фотодатчиків, нелінійної оптики і ін. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого є спосіб отримання монокристалів твердих розчинів системи CuInSe2-ZnIn2Se4 із розчину-розплаву. Кристали твердого розчину на основі CuInSe2 вирощували горизонтальним варіантом по методу Бріджмена-Стокбаргера. Для синтезу шихту масою 8 г, складену з високочистих елементів, поміщали в кварцові ампули із конусним закінченням. Максимальна температура нагрівання шихти при синтезі становила 1473 К, температура відпалу - 870 К. При рості ампули поміщали у піч, нахилену під кутом 10°. Після нагрівання до 1470 К розплави гомогенізували 4 години і починали переміщення печі (при нерухомому положенні ростових контейнерів) зі швидкістю 2 см/добу. Температурний градієнт на фронті кристалізації не перевищував 14 К/см. Після досягнення ізотермічної зони при 870 К кристали відпалювали упродовж 250 год. і потім охолоджували до кімнатної температури зі швидкістю 100 К/добу. В результаті були отримані монокристали або монокристалічні блоки із розмірами, придатними для фізичних експериментів [V.V. Sozhko, G.Ye. Davyduyk, O.V. Parasyuk, O.V. Novosad, V.R. Kozer. Electrical and optical properties of solid solutions Cu1□xZnxlnSe2 (x=0,05÷0,2). Ukr. J. Phys 2010. Vol. 55, No. 3, pp. 312316]. Суттєвим недоліком такого способу є незначні розміри монокристалічних блоків, а також те, що він не дає можливості по аналогії операцій (з відповідним вихідним складом шихти) отримати якісні монокристали Ag2CdSnS4. Задачею, на вирішення якого спрямована корисна модель, що пропонується, є отримання великих досконалих монокристалів Ag2CdSnS4. Поставлена задача вирішується таким чином. У відомому способі отримання монокристалів Ag2CdSnS4 з розчину-розплаву, що включає складання шихти із елементарних компонентів Ag, Cd, Sn, S, синтез сплаву, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури з використанням горизонтального варіанту методу Бріджмена-Стокбаргера, згідно з корисною моделлю, що заявляється, склад шихти вибирають із області первинної кристалізації тетрарної сполуки в системі Ag2SnS3-CdS, вводячи до складу шихти 58 мол. % Ag2SnS3 та 42 мол. % CdS, попередньо проводять синтез сплаву у полум’ї киснево-газового пальника до повного зв'язування сірки, а потім - гомогенізацію розплаву при 1200-1220 К протягом 4 год. з вібраційним перемішуванням, охолодження до кімнатної температури зі швидкістю 10 К/год. і подрібнення сплаву до порошкоподібного стану, перевантаження шихти у ростовий кварцовий контейнер, поміщення вакуумованого та запаяного контейнера в горизонтальну піч під кутом 5-10°, отримання гомогенного розплаву при 1200 К, переміщення контейнера зі швидкістю 2-3 см/добу при градієнті температури на межі тверда фаза-розчин 13-15 К/см, відпалу при 800 К протягом 250 год., швидкості охолодження до кімнатної температури 4-5 К/год. Таким чином, використання в способі, що заявляється, нестехіометричного складу шихти, що відповідає області первинної кристалізації тетрарної сполуки Ag2CdSnS4 в системі Ag2SnS3CdS, і становить 58 мол. % Ag2SnS3 та 42 мол. % CdS, горизонтального варіанту методу Бріджмена-Стокбаргера, температурі зони росту та зони відпалу 1200 та 800 К відповідно, швидкості кристалізації не вище 2-3 см/добу, градієнта температур в зоні кристалізації 13-15 К/см дає можливість вирощувати великі досконалі монокристали Ag2CdSnS4 утворюється в квазібінарній системі Ag2SnS3-CdS (див діаграму) квазіпотрійної системи Ag2S-CdS-SnS2 за перетектичною реакцією L+α(CdS)↔Ag2CdSnS4 при 1068 К. Ця фаза має поліморфний перехід від ВТ (високотемпературної) модифікації з невизначеною структурою в орторомбічну НТ (низькотемпературну) модифікацію. Існує вузька область гомогенності поблизу еквімолярного складу. Враховуючи перитектичний характер утворення тетрарної сполуки, вихідний склад для синтезу був вибраний (користуючись фазовою діаграмою системи Ag2SnS3-CdS) із області первинної кристалізації Ag2CdSnS4 нижче нонваріантної перитектичної горизонталі, і становив 35-42 мол. % CdS. При цих концентраціях має місце надлишок вмісту Ag2SnS3, який виступає як розчинник. В даному способі кристали Ag2CdSnS4 вирощують із розплавів, збагачених Ag2SnS3, тобто вибирають склад із області первинної кристалізації тетрарної сполуки в системі Ag2SnS3-CdS (до складу шихти вводять до 58 мол. % Ag2SnS3). Якщо склад шихти буде стехіометричним, то спочатку із розплаву будуть кристалізуватися кристали CdS, що унеможливить одержання кристалів Ag2CdSnS4 через відсутність зародка, на якому мало б проходити нарощування кристалу. 1 UA 70717 U 5 10 15 20 Застосування швидкості кристалізації меншої 2 см/добу приведе до збільшення часу вирощування, а більшої 3 см/добу - до отримання полікристалічної булі через недостатній час для дифузійних процесів вирівнювання концентрації розплаву. Якщо градієнт температур в зоні кристалізації менший 10-13 К/см, то проходить недостатнє дифузійне перемішування розплаву, а при більшому 15 К/см - можливе утворення полікристалів. Спосіб отримання монокристалів Ag2CdSnS4 ілюструється на такому прикладі проведення технології його вирощування. Складали шихту із елементарних компонентів Ag, Cd, Sn, S складу 58 мол. % Ag2SnS3 та 42 мол. % CdS. Шихту поміщали в кварцовий контейнер, який відкачували і запаювали. Проводили попередній синтез в полум'ї газового пальника до зв'язування елементарної сірки. Потім контейнер розміщували в однозонній печі шахтного типу і нагрівали зі швидкістю 40 К/год. до 1200 К. Розплав витримували при цій температурі протягом 4 год. з періодичною вібрацією, а потім охолоджували до кімнатної температури зі швидкістю 10 К/ч. Отриманий сплав перенесли в ростову ампулу, яку після відкачування і запаювання розмістили в двозонній горизонтальній печі, нахиленій під невеликим кутом (близько 5°). Верхню зону нагрівали до 1200 К, розплав додатково гомогенізували протягом 4 год. Після гомогенізації ампулу опускали зі швидкістю 2 см/добу. Градієнт температури на межі тверда фаза-розплав становив 14 К/см. Після досягнення ізотермічної зони при 800 К кристал відпалювали протягом 250 год., а потім піч охолоджували до кімнатної температури зі швидкістю 4-5 К/добу. Отриманий кристал складався з двох частин: монокристалічних блоків тетрарної сполуки Ag2CdSnS4 та евтектики Ag2CdSnS4+Ag2SnS3. Максимальні розміри 3 монокристалічних блоків складали ~15×7×6 мм і є придатні для виготовлення робочих елементів напівпровідникових приладів. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб отримання монокристалів Ag2CdSnS4 з розчину-розплаву, що включає складання шихти із елементарних компонентів Ag, Cd, Sn, S, синтез сплаву, кристалізацію, відпал та охолодження до кімнатної температури з використанням горизонтального варіанту методу Бріджмена-Стокбаргера, який відрізняється тим, що склад шихти вибирають із області 2 UA 70717 U 5 10 первинної кристалізації тетрарної сполуки в системі Ag2SnS3-CdS, вводячи до складу шихти 58 мол. % Ag2SnS3 та 42 мол. % CdS, попередньо проводять синтез сплаву у полум’ї кисневогазового пальника до повного зв'язування сірки, а потім - гомогенізацію розплаву при 1200-1220 К протягом 4 год. з вібраційним перемішуванням, охолодження до кімнатної температури зі швидкістю 10 К/год. і подрібнення сплаву до порошкоподібного стану, перевантаження шихти у ростовий кварцовий контейнер, поміщення вакуумованого та запаяного контейнера в горизонтальну піч під кутом 5-10°, отримання гомогенного розплаву при 1200 К, переміщення контейнера зі швидкістю 2-3 см/добу при градієнті температури на межі тверда фаза-розчин 1315 К/см, відпалу при 800 К протягом 250 год., швидкості охолодження до кімнатної температури 4-5 К/год. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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