C30B9 / 12 - сольові розчини, наприклад вирощування з флюсів
C30B17 / 00 - Вирощування монокристалів на початковий кристал, що залишається в розплаві в процесі вирощування, наприклад за методом Накена-Кіропулоса (C30B 15/00 має перевагу)
C30B15 / 10 - тиглі або контейнери для підтримування розплаву
Власники патенту RU 2494176:
Федеральне державне бюджетна установа науки Інститут геології і мінералогії ім. В.С. Соболєва Сибірського відділення Російської академії наук (Інститут геології і мінералогії СВ РАН, ИГМ СО РАН) (RU)
Винахід відноситься до вирощування великих кристалів, призначених для використання в приладах квантової електроніки. Спосіб вирощування кристала методом Кіропулоса з розплаву або з розчин-розплаву включає зростання кристала на приманку, зафіксовану в крісталлодержателя і розташовану зверху в центральній точці поверхні розплаву, разращіваніе кристала в Ростовом тиглі при повільному зниженні температури і охолодження виріс кристала, при цьому після закінчення ростового циклу залишився в тиглі розплав або розчин-розплав зливають через нагріту за допомогою додаткового нагрівача трубку, розташовану в донної частини тигля, а виріс кри талл, який зберігає своє становище після закінчення ростового циклу, охолоджують в тиглі, звільненому від розплаву. Технічний результат - запобігання розтріскування виріс кристала через термопружних напруг, що виникають в момент підйому кристала, а також деформації платинового тигля розплавом при його повільному охолодженні. Отримують кристал, наприклад, трібората літію розміром 150 × 130 × 80 мм, оптично якісна частина якого становить 80-90% обсягу виріс кристала. 2 мул.
Винахід відноситься до способу вирощування великих кристалів з розплаву або з розчин-розплаву методом Кіропулоса, призначених для використання в приладах квантової електроніки.
При вирощуванні кристалів методом Кіропулоса кристалізацію починають на поверхні розплаву з подальшим проростанням кристала вглиб розплаву. Розплав готують в Ростовом платиновому тиглі з вихідної сировинної суміші нагріванням до температури плавлення. Після гомогенізації розплаву в центральну точку поверхні розплаву поміщають закріплений на охолоджуваному стрижні початковий кристал. На кордоні розділу: кристал - розплав за рахунок відведення тепла через стрижень і повільного зниження температури створюється переохолодження, і на затравки зростає монокристал. Виріс кристал піднімають (автоматично або вручну) над розплавом. Спочатку метод був застосований для вирощування галогенідів лужних металів [Вільке К.Т. Вирощування кристалів - Ленінград, «Надра», 1977, С.329].
Однак підйом кристала з розчин-розплаву для його охолодження пов'язаний з цілою низкою труднощів.
По-перше, можливо розтріскування затравки в подзатравочной області, що призводить до втрати кристала через падіння його в розчин-розплав.
По-друге, при вирощуванні кристалів методом Кіропулоса над розплавом необхідно створювати перепад температури. При переміщенні кристала в цю область виникають ТЕРМОПРУЖНОСТІ напруги, які найчастіше призводять до розтріскування кристала і зменшують вихід матеріалу, придатного для виготовлення оптичних елементів.
По-третє, при повільному охолодженні піднятого кристала на поверхні залишкового розчин-розплаву починається спонтанна кристалізація, що призводить до деформації тигля.
Крім того, зростаючий кристал обмежений стінками тигля і, в разі асиметричного зростання, можливий контакт кристала зі стінками тигля, що унеможливлює його підйом над розплавом. У кристалі, охлаждаемом спільно з розплавом, утворюються численні тріщини внаслідок сильного тиску кристалізується розплаву.
Завданням винаходу є отримання якісних об'ємних кристалів.
Технічний результат полягає в тому, що винахід дозволяє уникнути розтріскування кристала через термопружних напруг, що виникають в момент підйому кристала, а також деформацію платинового тигля розплавом при його повільному охолодженні.
Крім того, в запропонованому способі можна використовувати більш низькі тиглі, тому що відсутня необхідність в верхньому просторі над розчин-розплавом, призначеному для підйому кристала при його охолодженні в відомому способі. Це дає можливість створити більш стабільні теплові умови в зоні росту кристалу. Відсутність деформації стінок тигля дозволяє використовувати для вирощування кристалів більш тонкостінні тиглі. Ці два фактори роблять процес вирощування кристала більш ефективним через значне зменшення ваги дорогих платинових контейнерів
Для досягнення технічного результату після закінчення ростового процесу залишився в тиглі розплав або розчин-розплав зливають через нагріту за допомогою додаткового нагрівача трубку, розташовану в донної частини тигля, а виріс кристала, який зберігає своє становище після закінчення ростового циклу, охолоджують у звільненому від розплаву тиглі.
У пропонованому рішенні встановлена в донної частини ростового тигля нагріта трубка призначена для зливу розчин-розплаву, що залишився після росту кристалу. Видалення залишкового розчин-розплаву дозволяє ефективно витягати виросли кристали з тигля після закінчення ростового циклу, що забезпечує отримання якісних об'ємних кристалів без розтріскування, виключаючи деформацію тигля розчин-розплавом при повільному охолодженні кристала.
Зростання великих кристалів методом Кіропулоса з пропонованим прийомом охолодження виріс кристала продемонстрований на прикладі кристалів трібората літію (LiB3 O5). Однак він може бути застосований для будь-яких кристалів, вирощуваних в обсязі розплаву або розчин-розплаву.
На фіг.1 представлена схема установки для вирощування кристалів методом Кіропулоса зі зливом розплаву або розчин-розплаву з ростового тигля в додатковий тигель.
На фіг.2 представлена фотографія кристала трібората літію розміром 150 × 130 × 80 мм.
Приклад. У платиновий ростовой тигель 1 (фіг.1) діаметром 170 мм завантажують шихту для отримання 6 кг готового розплаву 2 для вирощування LiB6 O5. Співвідношення компонентів флюсу 2Li2 O: 3В2 О3: 3МоО3 дозволяють вирощувати кристали вагою 1320 г. Після гомогенізації розчин-розплаву протягом 5-7 діб в піч 3 опускають приманку LiB3 O5 4, зафіксовану в крісталлодержателя 5, і визначають температуру насичення по швидкості оплавлення затравки після її торкання поверхні розплаву. Оскільки розчин-розплав електропроводів, то момент зіткнення затравки з поверхнею розплаву встановлюють по падінню опору в електроланцюзі тигель - розчин-розплав - запал - шток. При торканні запалом поверхні розплаву ланцюг замикається і опір зменшується на 2-3 порядки. Після зацькований температуру знижують, охолоджуючи систему зі швидкістю 1 -2 град / добу. Після закінчення ростового процесу включають вбудований додатковий нагрівач 6, розігріваючи платинову трубку 7 в донної частини ростового тигля 1 до появи перших крапель розплаву. Оптимальна швидкість випливає розплаву становить, приблизно 1 кап / сек. Розчин-розплав стікає в додатковий платиновий тигель 8 розміром 150 × 100 мм 2. Процедуру зливу розчин-розплаву з моменту включення вбудованого нагрівача здійснюють протягом 1,5-2 годину. Отримують кристал трібората літію розміром 150 × 130 × 80 мм (Фиг.2), оптично якісна частина якого становить 80-90% обсягу виріс кристала з можливістю виготовлення нелінійно-оптичного елемента діаметром 60-70 мм і товщиною 15-10 мм для перетворення лазерного випромінювання з довжиною хвилі 1064 нм в другу гармоніку.
Спосіб вирощування кристала методом Кіропулоса з розплаву або з розчин-розплаву, що включає зростання кристала на приманку, зафіксовану в крісталлодержателя і розташовану зверху в центральній точці поверхні розплаву, разращіваніе кристала в Ростовом тиглі при повільному зниженні температури і охолодження виріс кристала, що відрізняється тим, що по закінченні ростового циклу залишився в тиглі розплав або розчин-розплав зливають через нагріту за допомогою додаткового нагрівача трубку, розташовану в донної частини тигля , А виріс кристал, який зберігає своє становище після закінчення ростового циклу, охолоджують в тиглі, звільненому від розплаву.