Способ получения игольчатых монокристаллов фосфида кадмия

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИГОЛЬЧАТЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ ФОСФИДА КАДМИЯ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Авторы Трухан Владимир МихайловичМаренкин Сергей ФедоровичШлковая Татьяна Васильевна(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Способ получения игольчатых монокристаллов фосфида кадмия, при котором предварительно синтезированный фосфид кадмия помещают в кварцевую ампулу длиной 20 см,вакуумируют ее, устанавливают в двухзонную печь, нагревают до температур в зоне испарения 505-545 С и в зоне кристаллизации 470-495 С, при этом задают температурные градиенты между зонами испарения и кристаллизации в интервале 5-7 см по длине ампулы в пределах 17-35 град/см и за зоной кристаллизации в интервале 19-20 см по длине ампулы (-3)-(-2) град/см, и охлаждают до комнатной температуры. Изобретение относится к области химии, а более конкретно к способу выращивания игольчатых монокристаллов фосфида кадмия - 32. Известно, что полупроводниковые наночастицы из 32 могут быть использованы в качестве материала при создании оптических приборов, работающих в широком спектральном диапазоне от далекой инфракрасной области до глубокой ультрафиолетовой и при создании гетеропереходов термофотогальванических устройств 1, 2. Известен способ получения монокристаллов фосфида кадмия из паровой фазы в вакуумированной кварцевой ампуле из исходных компонент фосфора и кадмия при температуре в зоне испарения 610-580 С и температурном градиенте 20-30 град/см или 5060 град/см между зонами испарения и кристаллизации, который влияет на морфологию выращенных кристаллов 3. Недостаток указанного способа выращивания монокристаллов фосфида кадмия - сложность и длительность получения монокристаллов фосфида кадмия. Наиболее близким к заявленному способу относится способ получения игольчатых монокристаллов фосфида кадмия из предварительно синтезированного фосфида кадмия, по 14072 1 2011.02.28 мещенного в кварцевую ампулу, которую вакуумируют и устанавливают в двухзонную печь и нагревают до температур в зонах кристаллизации и испарения 470-495 С и 545505 С соответственно, с температурным градиентом по длине ампулы 10-20 град/см с последующим охлаждением до комнатной температуры 4. Недостатком прототипа является невысокий выход игольчатых кристаллов за счет значительного (10-20 град/см) градиента температур по длине ампулы и в одновременном получении различного типа монокристаллов. Задача, решаемая настоящим изобретением, в увеличении выхода игольчатых монокристаллов фосфида кадмия. В заявляемом способе получения игольчатых монокристаллов фосфида кадмия, при котором предварительно синтезированный дифосфид кадмия помещают в кварцевую ампулу длиной 20 см, вакуумируют ее, устанавливают в двузонную печь, нагревают до температур в зоне испарения 505-545 С и в зоне кристаллизации 470-495 С, при этом задают температурные градиенты между зонами испарения и кристаллизации в интервале 57 см по длине ампулы в пределах 17-35 град/см и за зоной кристаллизации 19-20 см по длине ампулы (-3) - (-2) град/см, и охлаждают до комнатной температуры. Сущность изобретения состоит в том, в предложенном способе получения игольчатых монокристаллов фосфида кадмия, создают протяженную зону кристаллизации с постоянной температурой, температурный градиент которой задают в пределах 17-35 град/см между областями испарения и кристаллизации в интервале 5-7 см по длине ампулы, а в интервале 20-19 см -(23) град/см, с последующим охлаждением до комнатной температуры. В табл. 1, 2 приведены конкретные температуры, время и указано распределение температур по длине ампулы. Процесс ведут в вакуумированной до 10-3 Па кварцевой ампуле,в которую помещают поликристаллический фосфид кадмия. Откаченную и отпаянную кварцевую ампулу помещают в печь сопротивления, температура в которой контролируется регулятором температуры (РИФ-101). После достижения температуры кристаллизации 470-495 С и температуры испарения 545-505 С начинается процесс выращивания игольчатых кристаллов 32. Процесс выращивания ведут 72-144 часа в зависимости от температурного градиента между зонами испарения и конденсации и веса исходной шихты. После окончания выращивания монокристаллов 32 печь выключают. Температурные и временные режимы выращивания сведены в табл. 1. Таблица 1 Т зоны Темпера- Температурный Т зоны исВес Время кристалтурный градиент конца парения,навески, процесса,лизации, градиент, зоны кристаллиС г час С град/см зации, град/см 505-545 470-495 17-35-3 10-20 72-144 Распределение температурных интервалов по 0-5 7-20 5-7 20-19 длине ампулы,см Указанные температуры выращивания фосфида кадмия - это оптимальные температуры испарения и кристаллизации и создание протяженной температурной области кристаллизации для обеспечения свободного роста монокристаллов. Способ реализуют следующим образом. Поликристаллический 32 загружают в кварцевую ампулу, которая подвергалась специальной обработке в смеси плавиковой и серной кислот с последующей промывкой бидистиллированной водой и сушкой. Длина ампулы составляет 200 мм, внутренний диаметр - 22-26 мм. Ампулу с поликристалличе 2 14072 1 2011.02.28 ским фосфидом кадмия откачивают и вакуумируют. Выращивание игольчатых монокристаллов 32 осуществляют в двухзонной печи сопротивления. Включают печь и температуру в зоне кристаллизации ампулы повышают до 470-495 С, а температуру в зоне сублимации в пределах 545-505 С. Температура свободного конца ампулы на 2-3 ниже температуры кристаллизации. Через 72-144 ч печь выключают. Охлаждение происходит в режиме выключенной печи. На фиг. 1 изображен температурно-временной график выращивания игольчатых монокристаллов 32. На фиг. 2 изображена фотография ростовой ампулы с игольчатыми монокристаллами 32. На фиг. 3 изображена фотография игольчатых монокристаллов 32. На фиг. 4 изображена рентгенограмма монокристаллической плоскости 32. Пример. Поликристаллический фосфид кадмия помещают в предварительно обработанную кварцевую ампулу диаметром 22 мм и длиной 200 мм. Ампулу вакуумируют до 10-3 Па,запаивают и помещают в вертикальную двухтемпературную печь сопротивления, температуру в которой контролируют регулятором температуры РИФ-101. Включают печь и устанавливают температуру в зоне испарения и кристаллизации 530 С и 480 С соответственно. Температура свободного конца ампулы на 2-3 ниже температуры кристаллизации. Через 72 ч печь выключают. Охлаждение происходит в режиме выключенной печи. Результаты по выращиванию монокристаллов фосфида кадмия сведены в табл. 2. Таблица 2 Внутренний ВремяТ зоны испа- Т зоны конХарактеристика конечного диаметр ам- процесса,опыта рения, С денсации, С продукта пулы, мм час конденсат трехфазный 1 500 400 22-26 6(32, 2, ) сплошной зарост мелких 2 510 470 22-26 80 кристаллов сплошной зарост мелких 3 520 450 22-26 8 кристаллов Внутренний ВремяТ зоны испа- Т зоны конХарактеристика конечного диаметр ам- процесса,опыта рения, С денсации, С продукта пулы, мм час игольчатые кристаллы и 4 530 480 22-26 72 пластинчатые кристаллы нитевидные и пластинча 5 545 470 22-26 46 тые кристаллы поликристаллический сли 6 560 480 22-26 80 токУменьшение температуры зоны испарения с 530 до 500 С приводило к сплошному заросту мелких игл, к появлению большого числа центров кристаллизации, местами образующих пленку избыточного кадмия темно-сероватого цвета.В опыте 4 приведены технические характеристики выращивания игольчатого монокристалла фосфида кадмия.В опыте 5 приведены технические характеристики выращивания монокристалла фосфида кадмия (прототип).Увеличение температуры зоны испарения до 560-600 С приводило к образованию плотных поликристаллических слитков по форме ампулы. 14072 1 2011.02.28 Из приведенной таблицы видно, что при соблюдении режимов выращивания и отжига получают игольчатые монокристаллы 32. Качество полученных монокристаллов подтверждено рентгенофазовым анализом. Преимуществом заявленного способа является увеличение выхода игольчатых монокристаллов фосфида кадмия по сравнению с известным прототипом (до 90 ). Источники информации 1. Патент США 2004/0152011. 2. Сырбу Оптоэлектронные свойства соединений группы . - Кишинев Штиинца, 1983. - 156 с. 3..,.32, 3232/. - 1984. - . 66. - . 451-458. 4. Шевченко В.Я. Исследования в области синтеза, изучения свойств и разработки физико-химических основ материаловедения полупроводниковых соединений группыАвтореф. дис. канд. хим. наук. - М., 1977. - 267 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5