Способ выращивания монокристаллов тугоплавких оксидов

СОВХОЗ СОВЕ ТС КИ ХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК М. ОП/26 рич, А.Я. Дан . Качала, Г.Т. Ю,П, Миронкин и А,Н СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство ЧССР М 208233, кл. С 30 В 15/00, 1980.(54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ ОКСИДОВ (57) Изобретение относится к способу выращивания монокристаллов тугоплавких оксиИзобретение касается выращивания монокристаллов и может быть использовано для выращивания монокристаллов тугоплавких оксидов иэ расплавов известными методами. например направленной кристаллизацией расплава в тигле, методом Чохральского. Степанова, Киропулоса.Цель изобретения - удешевление и упрощение способа и увеличение выхода годных монокристаллов.П р и м е р 1, Защитную атмосферу в кристалл иэационной камере создают следующим образом. После откачки камеры форвакуумным насосом до давления 20-30 Па. отЧекают откачку и вводят в камеру 15-20 см этилового (метилового) спирта, затем производят напуск аргона до давления 1000-1500 гПа.При подьеме температуры пары спирта, начиная с температуры 523 К, диссоциируют на СО и Н 2 Таким образом, уже пи столь низких температурах. при которых еще не происходит окислениямолибдена и вольфрама, атмосфера в кристаллизационной камере становится резко восстановигельной. вне С 30 В 13/00, 11/00, 15/00, 29/22 дов и позволяет удешевить и упростить способ и увеличить выход годных монокристаллов. В камере, откачанной до 20-30 Па, проводят термическую диссоциацию спирта с выделением Н 2 и СО.направленную кристаллизацию ведут по давлением 0.1-0,15 МПа в атмосфере следующего состава Н 2+СО 10-20 об,7 ь, пары Н 20 не более 5 ф 10 об, , аргон - остальное. Получают кри сталлы лейкосапфира беэ инородных включений. 1 табл. Диссоциация спирта заканчиваетсятемпературе около 623 К, Оптимальныйход спирта составляет 5-10 см на каж3100 дм объема кристаллизационной к3 ры.В этом случае содержание водорода и оксида углерода в защитной атмосфере будет составлять примерно 15-20. Этого ко-, личества достаточно с небольшим избытком, чтобы связать в пары воды весь Ы присутствующий в камере кислород. Увели- , 00 чение же содержания водорода и оксида СЬ углерода свыше 20;ь нежелательно, так как ( приводит к увеличению потребляемой на- Я) гревателем электрической мощности эа счет высокой теплопроводности водорода.Введение аргона необходимо для создания избыточного давления в кристаллиэационной камере. Этим устраняется влияние атмосферных течей, которые могут быть дополнительным источником кислорода. Использование атмосферы с давлением более 1500 гПа не дает никаких преимуществ и лишь повышает требования к конструкции кристаллиэационной камгры, 165%68Защитные свойства тазовой атмосферы проявляются следуюи 1 им образом. При подъеме температуры печи кислород, адсорбированный поверхностью экранов и нагревателя, частично десорбирует при температурах выше 623 К, а частично окиспяет материал этих узлов - вольфрам и молибден. Однако уже при температурах 1000- 1300 К, т,е. при температурах, при которых испарения оксидов этих металлов еще не происходит, они восстанавливаются водородом до металлического вольфрама и молибдена с образованием паров воды, концентрация которых, как установлено экспеоиментально. не должна преоыизать Зх х 10мг на 1 дм, Такой концен 1 рзции паровэдобио. ются установкой в холодипьньх местах кристаплизационной камеры тиглей с порошком РрОь, интенсивно поглощающим пары воды, либо их вымораживанием с по мощью жидкого азота. При таких концентрациях паров воды массоперенос молибдена и вольфрама практически не происходит, Увеличенле же-5 содержания паров воды (более 3:10 мг нэ 1 дм) приводит к увеличению расхода вольфрама и молибдена и загрязнению кристаллаэ этими примесями.Аналогично связывается кислород, десорбирооэнный с поверхности.экраноо и нагревателя, Дальнейшее пооьииение температуры не приводит к каким-либо процессам, способным вызвать мзссоперенос молибдена и оольфрэма в зону нагреоа.В процессе плавления оксида алюминия и его кристаллизации при указанных выше давлениях сколько-нибудь заметной реакции между расппэоом и компонентами газовой середы не установлено. Таким образом, проведение кристаллизации о защитной восстановительной а 1 мосфере/ состоящей иэ Лг, И 2 и СО, в отличие от вакуума ипи атмосферы инертного гзэз (зргона) полностью ликвидирует процесс окисления вольфрамовых и молибденовых элементов теплового узла, их мзссоперенос в зону нагрева и загрязнение оксидами молибдена и вольфрама исходного сырья и, в конечном итоге, выращенного монокристаппз.10 20 30 35 40 4550 одновременном снижении расходных норм оольфрзма и тлолибденэ в 3-5 раз.Данные по примерам 1-10 сведены о таблицу.Формула изобретения Способ выращивания монокристаллов тугоплзоких оксидов, включающий направленную кристаллизацию расплава о замкнутом обьеле кристаллизационной камеры о защитной атмосфере. содержащей аргон и водород,при давлении. превышающем атмосферное, от л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью удешевления и упрощения способа и увеличения выхода годных монокристаллоо, перел кристаллизацией в камере создают давление 20 - 30 Па и проводят в ней термическую диссоциацию спирта с выделением оодорода и оксида углерода, а кристаллизацию ведут под давлением 0,1-0,15 МПэ в атмосфере следующего состава. об.: водород и углекислый гаэ 10-20 пары воды - неСболее 5 10 1 аргон - остальное,Срок службы элементов теплового узла при этом возрос более чем и 10 раз.Проведение кристаллизации по указанной выше схеме позволяет также значительно упростить и снизить трудоемкость технологического процесса, так как образования послекристаллиэациЬнных загрязне- ний не происходит и, всвязи с этим, отпала необходимость прооодить чистку и разборку теплового узла лля замены изоляторов под опорами нагревателя. Кроме того, упростилась вакуумная подготовка установки,Высокооакуумный насос иэ комплекта установки может быть исключен, а поскольку откачка форозкуумным насосом осущостоляется только до введения спирта о рабочуюкамеру(10-15 мин) и в дальнейшем кристаллизация проводится о замкнутом объеме, один форнзсос ложет обслуживать большоеколичество устзнооок (до 20 и более).Наконец, использование защитной атмосферы данного состава позволяет полностью ликвидировать утечки расплава ээ счетпроторзния стенок тигля и обраэооание о обьсме кристаллов молибденовых макроскопических пленокЗз счет всех эи:х Факторов роиэводи.,тельность ростового оборудования возрэ-стает примерно в 1,5 раза при1658668 Орнелла срмеа орооессе ебрага срмгталлое ромео Состав гаэоеол срелм, об.г елсмг ммороасне ю среаппов ео рм юееемегюг т гент еее с лло7мопвосЛеФормеае вагрелт-эе воемюепаетп вагрееа, растрэаме ерпстатое бас; 50 Ме СО 0,125 О 1250 31 О Вэграэвевпе сопс теееловЬолвФранон и нолмбле ион, дбраэоваюе метэгойг чесала алепос 5 11 ф СО 0,0500 3 16 а65 Лг 1 Об раааа амтепел, овпталл в элевое врлоо м юоебеатъеосоарвеВ слэма веграэавравов, эаэрае галловолэора- еном О врастал р ло ра алан,ода арО, 1600 5 аг 1 раэгерметпмпелпэаеов 1 еаа самаэпаовеее гллетмьваллелве ргслгола 0 2 15 0 3 25 11 аесоверевос еолэФрамамощблееа, обреэоеевтеплевоеврос галле 10 27 10000 Зтлпчепюп, об Варргйфвееае оотпчеаэмне матоааюаг, отсттат 0 Аг 1 СО СО 0,1500 3.10 фСО 0,1250 5 1 ОСО О, 1250 311 Г0,1250" 3 10 20г о 9.1 О Слабеа 1олэбр вюосчепме етгрол Фаэпв геэоаеег льэжьсоввсемером 1-5 мем солотлостъо Яо 1 О смэ голеревосл молпбаел требраг слолээоваапа бол спстап отвечал, что таавологпчэсоаеечесвп ае обобрав Составитель Н.ПономареваТехред М.МоргенталКорректор М.Демчи Редактор Л.Лешкова каз 1968 ТиражВНИИПИ 1 осударственного комитета по изоб113035, Москва, Ж, Рау Подписноениям и открытиям при ГКНТ СССя наб, 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул, Гагарина, 10 ЗО Аг 1 10 я е ЬЗ Яг 1 15 0 е 65 Аг 1 15 01 ф ЬЗ лг 1 15 0 Леиепеегеэогобсреда,121 е 11 еороаене е гесоеме Еюючевме Эа гмсром 1-30 мем плотностью до 1 О см 1 Ьороаеэе в гбэоаЬа аелюееепл раэмеро 11" 1-ЗО мед ибростэр до 10 сн