Способ получения монокристалла дифосфида кадмия тетрагональной модификации

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА ДИФОСФИДА КАДМИЯ ТЕТРАГОНАЛЬНОЙ МОДИФИКАЦИИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир МихайловичШелег Александр УстиновичФекешгази Иштван ВинцеевичГолякевич Татьяна Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения монокристалла дифосфида кадмия тетрагональной модификации, в котором поликристаллический дифосфид кадмия, помещенный в вакуумированную кварцевую ампулу, нагревают в зоне испарения двухзонной печи до температуры испарения дифосфида кадмия, осаждают дифосфид кадмия из газовой фазы в зоне кристаллизации при наличии температурного градиента между зонами от 6 до 9 К и постоянной температуры в зоне кристаллизации от 990 до 1000 К путем перемещения ампулы со скоростью от 0,4 до 0,5 мм/ч в сторону зоны кристаллизации, а затем проводят гомогенизирующий отжиг при температуре от 830 до 850 К в течение 72 ч. 11194 1 2008.10.30 Изобретение относится к области химии, а более конкретно к способу выращивания монокристаллов дифосфида кадмия (2)т с повышенной оптической прочностью. Известно, что материалы группы (-,-, ) могут быть использованы в оптоэлектронике и полупроводниковой технике 1. Дифосфид кадмия может быть применен в устройствах для измерения температуры при наличии в измеряемой области НЧ-, ВЧ- или СВЧ-электромагнитных полей 2, при изготовлении устройств для контроля температурного поля 3. На основе (2)т созданы активные элементы управления длительностью импульсов излучения твердотельных лазеров 4. Известен способ получения монокристаллов дифосфида кадмия из паровой фазы в вакуумированной кварцевой ампуле из исходных компонентов фосфора и кадмия 5. Монокристаллы (2)т выращивали при температуре зоны сублимации (750-780) С и температурном градиенте вдоль ампулы 1-2 град/см. Указанные режимы роста кристаллов ограничивают массу загрузки из-за достаточно высокой упругости паров фосфора, а выращенные монокристаллы имеют небольшие размеры, так как относительно большой температурный градиент способствует пересыщению паров и соответственно приводит к образованию большего числа центров кристаллизации. Наиболее близким к заявленному способу является способ получения монокристаллов дифосфида кадмия из паровой фазы, в котором монокристаллы 2 получают путем пересублимации поликристаллического материала при температурах в зоне кристаллизации 980-1010 К 6. Процесс выращивания ведут в вакуумированных кварцевых ампулах с носиком, оттянутым для затравливания монокристалла, и разницей температур между зонами выращивания и испарения 3-8 К. Перемещение ампулы в сторону зоны кристаллизации со скоростью 0,6-0,8 мм/ч, приблизительно равной скорости роста кристалла, обеспечивает постоянство температуры зоны испарения в течение всего процесса выращивания и сохранение неизменности условий роста. В этом способе получают монокристаллы (2)т диаметром до 20 мм, которые имеют оптическую прочность 12 МВт/см 2. Таким образом, основным недостатком прототипа является незначительная оптическая прочность получаемых монокристаллов (2)т, что ограничивает их использование для изготовления оптических элементов лазерной техники. В заявляемом способе получения монокристаллов дифосфида кадмия, включающем нагрев в вакуумированной кварцевой ампуле поликристаллического дифосфида кадмия до температур испарения и кристаллизации дифосфида кадмия и последующее осаждение из газовой фазы в зоне конденсации при наличии температурного градиента между зонами 69 К и постоянной температуры в зоне кристаллизации 990-1000 К, поддерживаемой передвижением ампулы со скоростью 0,6-0,8 мм/ч в сторону зоны кристаллизации, отличающийся тем, что выращенный монокристалл (2)т подвергается гомогенизирующему отжигу при температурах 830-850 К в течение 72 ч. Сущность изобретения состоит в том, что для получения монокристалла дифосфида кадмия тетрагональной модификации поликристаллический дифосфид кадмия помещают в вакуумированную кварцевую ампулу, нагревают в зоне испарения двухзонной печи до температуры испарения дифосфида кадмия, осаждают дифосфид кадмия из газовой фазы в зоне кристаллизации при наличии температурного градиента между зонами от 6 до 9 К и постоянной температуры в зоне кристаллизации от 990 до 1000 К путем перемещения ампулы со скоростью от 0,4 до 0,5 мм/ч в сторону зоны кристаллизации, а затем проводят гомогенизирующий отжиг при температуре от 830 до 850 К в течение 72 ч. В описании приведены конкретные температуры и время, при которых происходит гомогенизирующий отжиг, причем процесс ведут в вакуумированных до 10-3 Па кварцевых ампулах с коническим дном, в которые помещают поликристаллический дифосфид кадмия. Откаченную и отпаянную кварцевую ампулу помещают в печь сопротивления,температура в которой контролируется регулятором температуры (РИФ-101). После дос 2 11194 1 2008.10.30 тижения температуры кристаллизации 990-1000 К и температуры испарения 996-1009 К ампулу начинают перемещать вдоль оси печи со скоростью 0,6-0,8 мм/ч, равной скорости роста монокристалла. Процесс выращивания ведут 80-100 ч. После окончания выращивания монокристаллов (2)т понижают температуру в зоне кристаллизации до 830-850 К и выдерживают в течение 72 ч, после чего печь выключают. Температурные и временные режимы выращивания и отжига сведены в табл. 1. Таблица 1 Этапы Т зоны испарения, К Т зоны кристаллизации, К Время, час 830-850 830-850 72 Указанные температуры выращивания и отжига дифосфида кадмия - это оптимальное сочетание четырех факторов температуры кристаллизации, величины критического переохлаждения, скорости перемещения ампулы, обеспечивающих непрерывный рост монокристалла (2)т, и оптимальной температуры гомогенизирующего отжига. При росте монокристалла значительную роль играет скорость отвода тепла, выделяющегося в процессе конденсации, от фронта кристаллизации. При низкой теплопроводности растущего монокристалла повышается температура на фронте кристаллизации и увеличивается вследствие этого вероятность зародышеобразования на стенках ампулы. Для улучшения условий теплопередачи к конической части ампулы припаивался кварцевый стержень. Способ реализуют следующим образом. Поликристаллический (2)т загружают в кварцевую ампулу, которая подвергалась специальной обработке в смеси плавиковой и серной кислот с последующей промывкой бидистиллированной водой и сушкой. Длина ампулы составляет 120 мм, внутренний диаметр - 22 мм. Выращивание и отжиг монокристаллов (С 2)т осуществляют в двухтемпературной печи сопротивления. Включают печь и температуру в зоне кристаллизации ампулы повышают до 990-1000 К, а температуру в зоне сублимации поддерживают в пределах 996-1009 К. При достижении указанных температур включают протяжку и начинают перемещать ампулу в сторону зоны кристаллизации со скоростью 0,6-0,8 мм/ч, равной скорости роста монокристаллов дифосфида кадмия тетрагональной модификации. Через 100 ч понижают температуру печи до 830850 К для проведения гомогенизирующего отжига в течение 72 ч. В результате получают монокристаллы (2)т с оптической прочностью 56,2-62,4 МВт/см 2. На фиг. 1 изображена фотография монокристалла (2)т тетрагональной модификации повышенной оптической прочности. На фиг. 2 приведена зависимость интенсивности проходящего вдоль направления 100 образца -2 излучения рубинового лазераот интенсивности падающего 0 (Ес,). Из зависимости 0 найдено значение оптической прочности 56,2 МВт/см 2 для данного направления. На фиг. 3 приведена зависимость интенсивности проходящего вдоль направления 001 образца -2 излучения рубинового лазераот интенсивности падающего 0 (с,Еа). Из зависимости 0 найдено значение оптической прочности 62,4 МВт/см 2 для данного направления. Пример 1. Поликристаллический дифосфид кадмия помещают в предварительно обработанную кварцевую ампулу диаметром 22 мм и длиной 120 мм. Ампулу вакуумируют до 10-3 Па,запаивают и помещают в вертикальную двухтемпературную печь сопротивления, температуру в которой контролируют регулятором температуры РИФ-101. Устанавливают температуру в зоне испарения и кристаллизации 1002 и 995 К соответственно. При достижении заданных режимов включают протяжку со скоростью 0,6 мм/ч и перемещают ампулу в сторону зоны кристаллизации. Через 90 ч температуру зон сублимации и кристаллизации устанавливают равной 840 К и через 72 ч печь выключают. Получают моно 3 11194 1 2008.10.30 кристаллический (2)т в виде були диаметром 22 мм, оптическая прочность которого составляет 56,2-62,4 МВт/см 2. Температурные режимы опытов по выращиванию и отжигу монокристаллов тетрагонального дифосфида кадмия, проведенных по описанному методу, и их результаты сведены в табл. 2. Таблица 2 Скорость пе- Длительность Т зоны Т зоны Темпера- Время Оптическая ремещения процесса выиспаре- кондентура отжи- отжига, прочность,опыта ампулы,ращивания,ния, К сации, К га, К час МВт/см 2 мм/час час 1 1002 995 0,7 90 840 72 56,2-62,4 2 996 990 0,6 100 830 72 56,2-62,4 3 1009 1000 0,8 80 850 72 56,2-62,4 4 1002 995 0,7 90 800 72 51,3-57,2 5 1002 995 0,7 90 900 72 56,2-62,4 6 1001 995 0,7 90 12- уменьшение температуры отжига приводит к уменьшению оптической прочности монокристалла- увеличение температуры отжига не влияет на величину оптической прочности монокристалла- в опыте 6 приведены технические характеристики выращивания монокристалла дифосфида кадмия тетрагональной модификации (прототип). Из приведенной таблицы видно, что при соблюдении режимов выращивания и отжига получают монокристаллы (2)т в виде були диаметром 22 мм и с оптической прочностью 56,2-62,4 МВт/см 2 в зависимости от плоскости монокристалла. Качество полученных монокристаллов подтверждено рентгенофазовым анализом на рентгеновском аппарате ДРОН-3 и оптическим на поляризационном микроскопе МИМ-8 М. Источники информации 1. Лазарев В.Б., Шевченко В.Я., Гринберг Я.Х. Полупроводниковые соединения группы . - . Наука, 1987. - С. 170. 2. А.с. СССР 917004, 1981. 3. А.с. СССР 1732188, 1992. 4.,,-. -. . -. - 2004. -13. - . 15-17. 5. Корец , Коваль , Чернявский В.П. Особенности получения кристаллов 2. Сб. научных трудов ИППИ Физика конденсированного состояния. - Киев, 1973. С. 115. 6. Трухан В.М., Сошников Л.Е., Маренкин С.Ф., Голякевич Т.В. Выращивание и свойства монокристаллов -2. Неорганические материалы. - 2005. - Т. 41. -9. - С. 10311036. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5