Способ получения твердых растворов с а j s

(51)5 С 30 В 11/02,ЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И АВТОРСКОч 1 У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Минский радиотехнический институт (72) И, В. Бондарь и И. А. Забелина(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ РАС- тВОРОВ СцАх 1 п 1-хЯ 2(57) Изобретение относится к способам получения полупроводниковых твердых растворов СцАх 1 п 1-хЯ 2, которые могут быть использованы как материалы для изготовления светодиодов для видимой и ультрафиоИзобретение относится к способам получения полупроводниковых твердых растворов СцА 1 хп 1-хЯ 2, которые могут быть использованы как материалы для изготовления светодиодов для видимой и ультрафиолетовой области, солнечных элементов, в качестве материалов нелинейной оптики.Известен способ получения соединения СцА 1 Я 2 сплавлением стехиометрических количеств исходных компонентов. Синтез проводят в графитизированных кварцевых ампулах, Откачанную и запаянную ампулу помещают в горизонтальную двухзонную печь, в которой первоначально создается и поддерживается температурный градиент летовои областеи, солнечных элементов. Цель изобретения - ускорение и упрощение способа получения однородных и гомогенных твердых растворов СцА 1 х п 1-хЯ 2. На дно кварцевой ампулы загружают серу с избытком для создания давления под расплавом 2 - 2,5 атм, и в верхнюю часть ампулы помещают тигель с медью, индием и алюминием, Нагревают расплав в тигле до температуры, превышающей температуру ликвидуса на 20 - 30 К, а затем проводят синтез при взаимодействии паров серы с расплавом, При этом нагрев серы сначала ведут до 650 - 670 К с выдержкой 2 - 3 ч, затем до 900 - 920 К. Синтез и последующее охлаждение проводят при непрерывной вибрации ампулы, а затем проводят отжиг при 1170 - 1190 К. В результате сокращается время проведения процесса синтеза и получаются гомогенные ОдНОрсдНЫЕ тВЕрдЫЕ раСтВОрЫ СцА х 1 П 1-хЯ 2 заданного состава. 3 ил. между концами ампулы 300 С втечение нескольких часов. Затем температурный профиль печи в течение 24 ч изменяется таким образом, чтобы температура в обеих зонах была одинаковой и равной 1000 С. Ампулу пои этой температуре выдерживают втечение 2 дней для протекания химической реакции. Состав полученных кристаллов контролируют рентгеновским методом, Параметры кристаллической решетки не указаны.Наиболее близким к предлагаемому является способ получения твердых растворов СцА 1 х 1 п 1-хЯ 2 простым сплавлением стехиометрических количеств элементарных ком 1730216понентов, Для этого компоненты, взятые в соотношениях, соответствующих определенному составу твердого раствора, загружают в тигель из АМ, который помещают в кварцевую ампулу, которую затем вакуумируют и помещают в однотемпературную печь, Температуру в печи медленно повышают (во избежание взрыва ампулы вследствие большого давления паров серы), При достижении определенной температуры ампулу выдерживают в течение 2 - 3 ч для протекания реакции между компонентами, а затем медленно(со скоростью 1 К/мин) расплав охлаждают до комнатной температуры.Недостатком этого способа является сложность проведения процесса синтеза, который связан с большой продолжительностью его протекания. Быстрое же повышение температуры в ампуле приводит к ее взрыву ввиду резкого увеличения давления паров серы, Во избежание взрыва ампулы температуру в печи приходится медленно повышать с длительными выдержками при достижении определенных температур, что, в свою очередь, приводит к загрязнению синтезируемого материала примесями, содержащимися в А 1 М и кварцевом стекле, из которого изготовлена ампула.Цель изобретения - ускорение и упрощение способа получения однородных и гомогенных твердых растворов СцА 1 х 1 п 1-хЯ 2,На фиг. 1 изображена печь синтеза; на фиг. 2 - диаграмма состояния системы Сц 1 пЯ 2 - СцА 1 Я 2, где Т - температура; на фиг. 3 представлена концентрационная зависимость параметров решетки "а" и "с",На фиг, 1 приняты следующие обозначения: 1 - термопара, 2 - нагреватель, 3 - тигель из А 1 К, 4 - металлические компоненты, 5 - ампула кварцевая, 6 - сера, 7 - печь, 8 - вибратор.Указанная цель достигается тем, что металлические компоненты, взятые в соотношениях, соответствующих определенному составу твердого раствора, загружают в тигли из стеклоуглерода, которые помещают в верхнюю часть кварцевой ампулы. В нижней части ампулы размещают серу, взятую с избытком от стехиометрии, необходимым для создания избыточного давления паров серы над расплавом 2 атм и для препятствия испарения образовавшихся летучих сульфидов металлов.Ампулу вакуумируют до остаточного давления 10 Па и размещают ее в вер тикальной двухзонной печи (см. фиг. 1). Тигель, в котором находятся металлические компоненты, расположен в горячей зоне печи, где температуру быстро (в течение 2 ч) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 повышаютдо значений, превышающих температуру ликвидуса соответствующего твердого раствора на 20 К (фиг. 2). После установления температуры в горячей зоне включают вибрацию и повышают температуру в холодной зоне до 650 - 670 К и выдерживают в таких условиях 3 ч, Затем температуру холодной зоны повышают до 900 - 920 К (с вибрацией ампулы) с повторной выдержкой в течение 2 ч. По окончании указанного времени выдержки расплав охлаждают со скоростью 100 К/ч без выключения вибрации до комнатной температуры. Для гомогенизации полученных сплавов проводят отжиг при 1170 К в течение 500 ч.Полученные после отжига слитки представляют собой гомогенные сплавы, однородные по всей длине, что было установлено с помощью рентгеновского и химического анализов,П р и м е р 1, Твердый раствор СцА 10,з п 0,782.В тигель из стеклоуглерода с внутренним диаметром 18 мм, длиной 100 мм загружают 5,8799 г меди, 0,7490 г алюминия, 7,4370 г индия. Тигель помещают в верхнюю часть кварцевой ампулы, а в нижней части находится сера (5,9423 г). Взятый избыток серы 0,0082 г необходим для создания давления ее паров над расплавом 2 атм. Ампулу откачивают до остаточного давления 10 Па, отпаивают от вакуумной систе-змы и размещают ее в вертикальной двухзонной печи, как показано на фиг. 1. Температуру горячей зоны в течение 2 ч устанавливают равной 1420 К, а затем включают вибрацию и повышают температуру холодной зоны до 670 К. При этих условиях выдержку проводят в течение 2 ч для протекания реакции между парообразно серой и металлическими компонентами, Затем температуру холодной зоны повышают до 920 К с последующей повторной выдержкой в течение 3 ч для полноты протекания реакции между парами серы и расплавом. По истечении указанного времени температуру горячей зоны понижают со скоростью 100 К/ч с включением вибрации до комнатной температуры, Для гомогенизации полученных сплавов проводят отжиг при 1170 К в течение 500 ч, Состав и гомогенность твердых растворов устанавливали рентгеновским методом, исходя из выполнения в системе Сц 1 пЯ 2 - СцА 132 закона Вегорда (фиг. 3),П р и м е р 2. Твердый раствор СцА 10,51 П 0,532,В тигель из стеклоуглерода с внутренним. диаметром 18 мм, длиной 100 мм загружают 6,4000 г меди, 1,3588 г алюминия, 5,7821 г индия, Тигель помещают в кварце.1 вую ампулу, внижней части которой находится сера в количестве 6,4661 г, Взятый избыток серы 0,0070 г необходим для создания давления ее паров над расплавом 2 атм, Откачанную и запаянную ампулу размещают в вертикальной двухзонной печи, как показано на фиг. 1. Температуру горячей зоны быстро повышают (в течение 2 ч) до 1450 К, включают вибрацию, а затем постепенно повышают температуру холодной зоны до 650 К. В таких условиях ампулу в печи выдерживают в течение 3 ч и дальше повышают температуру холодной зоны до 900 К. При указанных режимах снова выдерживают 2 ч и понижают температуру горячей зоны (с включенной вибрацией) со скоростью 100 К/ч до комнатной температуры.Для получения гомогенных твердых растворов проводят отжиг в течение 500 часов при 1180 К.Состав и гомогенность твердых растворов СцА 1 х 1 п 1-хЯ 2 устанавливали рентгеновским методом (как и в примере 1).П р и м е р 3, Твердый раствор СО А 0,7 по,з) 2В тигель из стеклоуглерода с внутренним диаметром 18 мм, длиной 100 мм загружают 7,0212 г меди, 2,0868 г алюминия, 3,8060 г индия. Тигель и серу (7,0922 г) взятую с избытком, помещают в кварцевую ампулу, как описано выше. Синтез проводят, как и в примере 2. Отличие в том, что температуру горячей зоны устанавливают 1500 К. Отжиг твердых растворов ведут при 1190 К в течение 500 ч.Состав и гомогенность твердых растворов СоА 1 от 1 позЯ 2 определяли рентгеновским методом. Для получения твердых растворовСоА 1 х 1 п-х 52 определены параметры решетки "а" и "с". Изменение их осуществляется в соответствии с законом Вегорда (фиг. 3).5 Построена диаграмма состояния системыСи 1 пЯ 2 - СиАб 2 (фиг. 2), которая характеризуется небольшим интервалом кристаллизации.Полученные твердые растворы 10 СцА 1 х 1 п 1-х 2, как описано выше, используют для выращивания монокристаллов методом химических транспортных реакций и из расплава-раствора.Предлагаемый способ позволяет сокра тить время проведения процесса синтеза иполучить гомогенные однородные твердые растворы СцАх п 1-х 32 заданного состава,Формула изобретения20 Способ получения твердых растворовСцА 1 х 1 п 1-х 52, включающий загрузку серы надно кварцевой ампулы и тигля с медью, индием и алюминием в верхнюю часть ампулы,нагрев, синтез путем взаимодействия паров25 серы с расплавом элементов в тигле и последующее охлаждение, о т л и ч а ю щ и й с ятем. что, с целью ускорения и упрощенияспособа получения однородных и гомогенных твердых растворов СоАх 1 п 1-х 32, серу30 берут с избытком для создания давлениянад расплавом 2 - 2,5 атм, нагрев расплававедут до температуры, превышающей температуру ликвидуса на 20 - 30 К, а нагревсеры ведут сначала до 650 - 670 К с выдер 35 жкой 2 - 3 ч, затем до 900 - 920 К, синтез иохлаждение проводят при непрерывнойвибрации ампулы, а затем проводят отжигпри 1170 - 1190 К,1730216 й 1 пБ тор Л,Весело ректор Н.Корол 1492 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарин сиз ФОщу%Р Составитель М,ЗабелинаТехред М.Моргентал Ф ОЮ РР Си 7 л Хмл Щи СЬгЗ