close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11173

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 30B 11/00
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА
ДИАРСЕНИДА ЦИНКА
(21) Номер заявки: a 20060801
(22) 2006.07.28
(43) 2008.02.28
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Трухан Владимир Михайлович (BY); Шелег Александр Устинович (BY); Фекешгази Иштван
Винцеевич (UA); Голякевич Татьяна Васильевна (BY)
BY 11173 C1 2008.10.30
BY (11) 11173
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) МАРЕНКИН С.Ф. и др. // Неорганические материалы. - 1997. - Т. 33. - № 4. С. 398-403.
SU 1332886 A1, 1997.
FR 2703696 A1, 1994.
GB 949233, 1964.
(57)
Способ получения монокристалла диарсенида цинка методом Бриджмена в двухтемпературной печи, в котором исходную смесь цинка и мышьяка помещают в вакуумированную до 10-3 Па кварцевую ампулу, дно которой выполнено в виде конуса с углом не
более 58°, нагревают ампулу до температуры 600 °С и выдерживают в течение одного часа, повышают температуру на 20-40 °С выше температуры плавления диарсенида цинка,
подвергают образовавшийся расплав вибрационному перемешиванию в течение одного
часа, а затем понижают температуру до 780 °С и перемещают ампулу в зону кристаллизации со скоростью от 0,8 до 1 мм/час при температурном градиенте не более 8,5 °/см.
Фиг. 1
BY 11173 C1 2008.10.30
Изобретение относится к области химии, а более конкретно, к способу выращивания
монокристаллов диарсенида цинка - ZnAs2, которые относятся к группе полупроводников
AIIBV (A-Zn, Cd; B-P, As). Известно, что полупроводники AIIBV могут быть применены в
оптоэлектронике [1-3].
Известен способ получения монокристаллов диарсенида цинка из газовой фазы пересублимацией поликристаллической шихты ZnAs2 в вакууме [4]. Габитус и размеры выращенных монокристаллов ZnAs2 зависят от степени пересыщения, которая определяется
температурами зон испарения и кристаллизации и градиентом температуры между ними.
Выращенные монокристаллы имели размеры 9×5×3 мм3. Малые размеры кристаллов затрудняют исследование анизотропии свойств монокристаллов ZnAs2 и ограничивают области их практического применения.
Наиболее близким к заявленному способу является способ получения монокристаллов
диарсенида цинка методом Бриджмена из предварительно синтезированного соединения
ZnAs2 [5]. Синтез проводили по методу Таммана, расплавляя компоненты, взятые в стехиометрическом соотношении в однозонной шахтной печи. При синтезе добавляли избыток мышьяка, навеску которого рассчитывали на свободный объем ампулы. Процесс
выращивания монокристаллов ZnAs2 осуществляли в двузонной установке, состоящей из
двух печей и механизма, который обеспечивает вращение и перемещение кварцевой ампулы.
Одна из печей (фоновая) формировала плоский фронт кристаллизации путем уменьшения
радиального градиента температуры. Вторая - ростовая печь. При оптимальных температурах рабочей зоны ростовой печи 773-778 °С, что превышает температуру плавления
ZnAs2 на 2-7 °С, и фоновой печи 555-566 °С, а также скорости перемещения ампулы
0,5-1,2 мм/час были получены структурно-совершенные монокристаллы ZnAs2, которые
имели диаметр 20-30 мм и длину 100-150 мм.
В этом способе для получения монокристаллов ZnAs2 использовали предварительно
синтезированный поликристаллический ZnAs2, что можно отнести к основному недостатку данного способа, поскольку сам процесс синтеза ZnAs2 относится к трудоемкой работе,
а извлечение материала из кварцевой ампулы снижает чистоту конечного продукта и ведет к потере времени и материала (кварца). Кроме того, выращивание монокристаллов
ZnAs2 в указанном способе осуществляли, используя сложную аппаратуру.
Таким образом, основным недостатком прототипа при выращивании монокристаллов
ZnAs2 является использование в качестве исходного материала поликристаллического диарсенида цинка.
Задача, решаемая данным изобретением, - в упрощении технологического процесса
выращивания монокристаллов ZnAs2.
В заявляемом изобретении предложен способ получения монокристаллов диарсенида
цинка методом Бриджмена в двухтемпературной печи, в котором исходную смесь цинка и
мышьяка помещают в вакуумированную да 10-3 Па кварцевую ампулу, дно которой выполнено в виде конуса с углом не более 58°, нагревают ампулу до температуры 600 °С и
выдерживают в течение одного часа, повышают температуру на 20-40 °С выше температуры плавления диарсенида цинка, подвергают образовавшийся расплав вибрационному
перемешиванию в течение одного часа, а затем понижают температуру до 780 °С и перемещают ампулу в зону кристаллизации со скоростью от 0,8 до 1 мм/час при температурном градиенте не более 8,5 °/см.
Изобретение и прототип включают метод направленной кристаллизации по Бриджмену в откаченных до 10-3 Па кварцевых ампулах и перемещение ростовых ампул в сторону
зоны кристаллизации.
Сущность изобретения состоит в том, что в предложенном способе выращивания монокристаллов диарсенида цинка используют простые вещества - цинк и мышьяк, что позволяет упростить технологический процесс выращивания монокристаллов ZnAs2 путем
совмещения процесса синтеза и выращивания ZnAs2; сократить время выращивания монокристаллов ZnAs2; использовать менее дорогостоящее технологическое оборудование.
2
BY 11173 C1 2008.10.30
В описании приведены конкретные температуры и время, при которых происходит взаимодействие цинка и мышьяка, причем процесс синтеза и выращивания ZnAs2 ведут в вакуумированных до 10-3 Па кварцевых ампулах с коническим дном, в которые помещают
исходные материалы: цинк, мышьяк и дополнительную навеску мышьяка, рассчитанную
на свободный объем ампулы. Откаченную и отпаянную графитизированную кварцевую
ампулу помещают в двухтемпературную печь сопротивления с регулятором температуры
(РИФ-101) и поднимают температуру до 600 °С, и выдерживают ее в течение 1 часа. Затем
температуру повышают на 20-40° выше температуры плавления ZnAs2 (771 °С) и подвергают расплав вибрационному перемешиванию в течение 1 часа. Охлаждают расплав до
780 °С и при достижении указанной температуры включают протяжку и перемещают ампулу в зону кристаллизации со скоростью 0,8-1 мм/час. Температурные и временные режимы выращивания и отжига сведены в табл. 1.
Таблица 1
Этапы
Т, °С
Время, час
I
600
1
II
790-810
1
III
780
Температура I этапа обеспечивает интенсивное взаимодействие Zn с As, так как цинк
находится в расплавленном состоянии, а мышьяк интенсивно испаряется при этой температуре. Температура II этапа превышает температуру плавления диарсенида цинка и на
этом этапе происходит интенсивное вибрационное перемешивание расплава в течение 1
часа. На III этапе при температуре 780 °С включается протяжка и начинается движение
кварцевой ампулы с расплавом ZnAs2 в зону кристаллизации со скоростью 0,8-1 мм/час.
Способ реализуют следующим образом. Исходные материалы цинк, мышьяк и дополнительную навеску As, рассчитанную на свободный объем ампулы, загружают в кварцевую ампулу, которую предварительно обрабатывают в смеси плавиковой и серной кислот
с последующей промывкой бидистиллированной водой и сушкой. Синтез и выращивание
монокристаллов ZnAs2 осуществляют в двухтемпературной печи сопротивления, в которую помещают предварительно откаченную и отпаянную до 10-3 Па кварцевую ампулу с
исходными веществами - цинком и мышьяком. Включают печь и повышают температуру
до 600 °С, при которой происходит интенсивное испарение и взаимодействие мышьяка с
цинком. Выдерживают эту температуру в течение 1 часа и затем увеличивают до температуры, превышающей на 20-40° температуру плавления ZnAs2. Расплав подвергают вибрационному перемешиванию в течение 1 часа и после него понижают температуру до
780 °С, и после достижения заданной температуры ампулу начинают перемещать в сторону зоны кристаллизации со скоростью 0,8-1 мм/час, равной скорости роста монокристаллов диарсенида цинка.
На фиг. 1 изображена фотография монокристалла диарсенида цинка.
На фиг. 2 представлена плоскость скола (110) монокристалла диарсенида цинка.
Пример.
Исходные компоненты цинк и мышьяк, в стехиометрическом соотношении общим
весом 40-50 грамм, и дополнительную навеску As, рассчитанную на свободный объем
ампулы, помещают в предварительно обработанную кварцевую ампулу. Длина ампулы
100-120 мм, внутренний диаметр - 18-20 мм. Один конец ампулы изготовлен в виде конуса.
Ампулу вакуумируют до 10-3 Па, запаивают и помещают в вертикальную двухтемпературную печь сопротивления, температуры в которой контролируют регулятором температуры РИФ-101. Устанавливают температуру в печи 600 °С и после 1 часа увеличивают
температуру до 790-810 °С. При достижении указанной температуры проводят вибрационное перемешивание в течение 1 часа и понижают температуру до 780 °С. Включают
3
BY 11173 C1 2008.10.30
протяжку и перемещают ампулу в зону кристаллизации со скоростью 0,8-1 мм/час. Через
120 часов печь выключают. Получают монокристаллический ZnAs2 в виде були.
Температурные режимы опытов по выращиванию монокристаллов диарсенида цинка,
проведенных по описанному методу, и их результаты сведены в табл. 2.
Таблица 2
Длитель- Скорость Темпера- Угол коность перемеще- турный
нической Примечаэтапа t, ния ампу- градиент, части амние
час
лы, мм/час град/см пулы, град
I
580
1,5
Моно1
II
790
0,6
7,0
64
блочный
III
772
0,8
кристалл*
I
600
1
Монокри2
II
800
1
8,5
58
сталл
III
780
1
I
620
1
Монокри3
II
810
1
10
52
сталл**
III
790
0,9
I
Монокри4
II
нет
сталл***
III
773-778
0,5-1,2
не указана
* Получается моноблочный или поликристаллический кристалл из-за низкой температуры III этапа и большого угла конической части ампулы.
** Температура I этапа опыта 3 высокая и существует вероятность взрыва ампулы изза резкого выделения тепла, температура III этапа опыта 3 превышает на 19° температуру
плавления, что увеличивает продолжительность процесса выращивания монокристалла
ZnAs2. Угол 52°<58° приводит к увеличению конусной длины кристалла, который не используется в экспериментах и при изготовлении элементов электронной техники.
***В опыте № 4 приведены технические характеристики выращивания монокристалла
диарсенида цинка - прототипа.
№
№
опыта этапа
Температурные
режимы
выращивания, К
Из приведенной табл. 2 видно, что при соблюдении режимов выращивания получают
монокристаллы в виде були диаметром 18-20 мм. Качество полученных монокристаллов
подтверждено рентгенофазовым анализом на рентгеновском аппарате "ДРОН-3" и оптическим на поляризационном микроскопе МИМ-8М.
Источники информации:
1. Лазарев В.Б., Шевченко В.Я., Гринберг Я.Х. Полупроводниковые соединения группы AIIBV. - M.: Наука, 1987. - С. 170.
2. Лазарев В.Б., Маренкин С.Ф., Раухман A.M. Материалы на основе соединений Zn и
Cd с Р, As и Sb и эвтектические композиции для устройств электронной техники. Фундаментальные науки народному хозяйству. - М.: Наука, 1990. - С. 225-226.
3. Морозова В.А., Маренкин С.Ф., Кошелев О.Г. Особенности спектров пропускания
ZnAs2 в области примесного поглощения // Неорганические материалы, 1999. - Т. 35. 7. С. 778- 791.
4. S.F. Marenkin, В. Husanov, Ya.V. Shevchenko. The growth of CdAs2 and ZnAs2 single
crystals from the vapor phase. J. Cryst. Growth. 1978. - V.44. № 2. - P. 259-261.
5. Маренкин С.Ф., Маймасов А.Б., Попов В.А. Особенности выращивания монокристаллов ZnAs2 направленной кристаллизацией по методу Бриджмена // Неорганические
материалы. - 1997. - Т. 33. 4. - С. 398-403.
4
BY 11173 C1 2008.10.30
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 212 Кб
Теги
by11173, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа