Способ выращивания монокристаллов l с о

(57) Использование: в области роста кристаллов. Сущность изобретения: кристаллы выращивают из раствора в расплаве(Р) СцО, Сначала Р перегревают выше температуры ликвидуса в поле температурного градиента Я. Затем величину перегрева снижают со скоростью 10-50 град/ч до температуры, ниже температуры спонтанной кристаллизации, но выше 1050 С. Меняют направление Г и ведут кристаллизацию, после которой кристаллы извлекают из Р. Получены кристаллы размером 25 х 25 х 5 мм за меньшее время, чем в известном способе. го тела АН СССР Г.А, Е мел ьчен ко,нии раствораград/сут.Недостаток известного способа заключается в сложности процесса выращивания иэ-эа чрезвычайно низких скоростей охлаж 1 дения, которые требуют специального прецизионного оборудования, дополнительных устройств и операций для поддержания ам плитуды фоновых колебаний температуры в )(Д расплаве ниже абсолютной величины скоро- (ф стей охлаждения, Для его реализации требу- (р ется определение температуры начала спонтанной кристаллизации с точностью до 1 град, что требует проведения дополнительных исследований, так как данные по температурам ликвидуса и кристаллизации для данной системы с указанной точностью отсутствуют, Кроме того, необходимо с той же высокой точностью измерять температуру непосредственно на поверхности кристаллоносцев в ходе процесса, что представляет известную сложность ввиду агрессивности расплава.,3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт физики твердо(54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ 1 а 2 Сц 04 Изобретение относится к области ростакристаллов, в частности к выращиванию монокристаллоеа 2 Сц 04.Известен способ выращивания монокристаллов .а 2 Со 04 иэ высокотемпературного раствора в расплате оксида меди,включаюший кристаллизациюа 2 Сц 04 засчет медленного охлаждения раствора-расплава со скоростью 1 - 2 град/ч,Недостатком известного способа является невозможность получения крупныхобъемных монокристаллов вследствие массового зародышеобразования при указанных скоростях охлаждения.Известен способ выращивания крупныхобъемных монокристаллова 2 Сц 04 из высокотемпературного раствора в расплаве оксида меди, включающий перегрев растворавыше температуры ликвидуса, быстрое егоохлаждение до температуры на 1 - 2 град вы- .ше температуры спонтанной кристаллизации и выращивание объемныхмонокристаллов при медленном охлажде.и40 45 50 55 В известном способе получение объемных крупных монокристаллов осуществляется за счет контролируемого зарождения небольшого числа спонтанных кристаллов на кристаллоносце особой конструкции при температуре вблизи температуры начала кристаллизации (на 1 - 2 град выше). "Провал" на величину температуры, большую указанной, вызывает массовое зарождение на кристаллоносце, что приводит к получению мелких монокристаллов, Дальнейшее охлаждение со скоростями, превышающими иси ол ьзуе мы е в из вест ном способе (1 - 2 град/сут), также приводит к массовому зародышеобразованию на кристаллоносце и вторичномузарождению на граняхуже растущих кристаллов, что также препятствует получению крупных объемных монокристаллов.Целью изобретения является упрощение процесса выращивания объемных монокристаллов а 2 Сц 04.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему перегрев раствора-расплава выше температуры ликвидуса, быстрое его охлаждение и кристаллизацию в поле температурного градиента, быстрое охлаждение раствора-расплава проводят в поле температурного градиента со скоростью 10 - 50 град/ч до температуры ниже температуры спонтанной кристаллизации, но выше 1050 С, после чего изменяют направление температурного градиента на противоположное и ведут рост монокристаллов в охлаждаемой верхней части раствора-расплава при постоянной температуре.В предлагаемом способе рост монокристаллов происходит за счет массопереноса кристаллообразующих компонентов путем естественной конвекции от питателя к кристаллоносцу(либо затравке) в поле температурного градиента при постоянной температуре на фронте кристаллизации. Питатель формируется в нижней части кристаллизатора в ходе охлаждения расплава со скоростью 10 - 50 град/ч в поле температурного градиента от температуры выше температуры ликвидуса до температуры ниже температуры начала спонтанной кристаллизации, но выше 1050 С, Питатель представляет собой друзу мелких спонтанных кристаллов. Укаэанный интервал скоростей охлаждения является оптимальным, так как при скоростях охлаждения выше 50 град/ч происходит массовая кристаллизация с выпадением мелких кристаллов, которые плотно "упаковывают" питатель, что резко снижает поверхность растворения и лимитирует массоперенос, а скорости ниже 10 град/ч неоправданно удлиняют процесс. 5 10 15 20 25 30 35 Температурный интервал охлаждения, составляющий величину ЬТ = Ткр - 1050)град, где Тхр - температура начала спонтанной кристаллизации исходного состава раствора-расплава, обеспечивает получение максимальной массы питателя, а следовательно, и максимальной массы целевого продукта для всего интервала используемых исходных составов шихты. При температурах1050 С вязкость раствора- расплава повышается настолько, что снижение массопереноса, осуществляемого при росте в режиме естественной конвекции, приводит к заметному снижению скорости роста.По окончании участка охлаждения направление градиента изменяют на противоположное (например, переносом холодильника) и ведут рост, поддерживая температуру в тепловой камере постоянной,Таким образом, вместо сложных операций по затравливанию в непосредственной близости к температуре спонтанной кристаллизации и выращиванию при очень медленном снижении температуры предлагается быстрое снижение температуры до температуры роста и рост при постоянной температуре. Изменение направления градиента после первого этапа не представляет сложности. Кроме того, нет необходимости в высокоточном определении температуры кристаллизации для каждого состава исходной шихты, а достаточно лишь ориентировочной оценки.П р и м е р. В качестве исходной шихты используютсостав 85 мол. ф СцО и 15 мол,а 20 з. Шихту помещают в платиновый кристаллизатор, нагревают до - 1250 С, выдерживают при этой температуре т 2 ч и снижают температуру со скоростью 50 град/ч до температуры 1100 С, При помощи водяного холодильника поддерживают градиент температуры по высоте расплава 2 град/см, локалиэуя охлаждение на дне кристаллизатора. После окончания снижения температуры направление градиента изменяют на противоположное перенесением холодильника, Рост ведут в течение 120 ч, после чего извлекают выросшие монокристаллы иэ расплава и охлаждают до комнатной температуры со скоростью с 60 град/ч. Размер выращенных монокристаллов достигает 25 х 25 х 5 мм.Таким образом, получают крупные объемные монокристаллы 1 а 2 Со 4 при значительном упрощении процесса их выращивания.Формула изобретения Способ выращивания монокристаллов .а 2 Сц 04 из раствора в расплаве СоО, вклю1738877 10 15 20 25 30. 35 40 45 50 Составитель Н.БезрукавниковТехред М.Моргентал Корректор О,Кундрик Редактор Н.Гунько Заказ 1979 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 чающий перегрев раствора расплава выше температуры ликвидуса, снижение величины перегрева, кристаллизацию в поле температурного градиента и отделение кристаллов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса, снижение величины перегрева ведут в поле температурного градиента со скоростью 10-50 град/ч до температуры ниже температуры спонтанной кристаллизации, но выше 1050 С, после чего изменяют направление темпера турного градиента на противоположное иотделение кристаллов ведут извлечением. их из раствора-расплава.