Способ получения монокристаллов соединения cualse2

 

Изобретение относится к технологии полупроводниковых монокристаллов соединения CuAlSe₂ и позволяет увеличить их размеры, оптическую однородность и стабильность на воздухе. Соединение синтезируют из шихты нестехиометрического состава Cu_xAlSe_y, где x = 1,04-1,08, y = 2,02-2,04, а последующую направленную кристаллизацию проводят перемещением тигля со скоростью не более 0,3 мм/ч из пиролитического нитрида бора в двухзонной вертикальной печи с температурой в зоне расплава 1368-1448 К, градиентом температуры на фронте кристаллизации 60-120 К/см, под давлением паров селена 2-5 атм.

Изобретение относится к технологии монокристаллов соединения CuAlSe₂ и может быть использовано в технологии для приборов полупроводниковой техники и нелинейной оптики. Пример 1. Стехиометрический состав исходной шихты. Согласно изобретению в тигель из пиролитического нитрида бора внутренним диаметром 18 мм и длиной 90 мм помещают медь марки ВЗ (5,1154 г), алюминий А 999 (2,1720 г) и селен В4 (12,7326 г). Взятый избыток селена от стехиометрии в 20 мг обеспечивает давление его паров приблизительно 1 атм. Тигель загружают в кварцевую ампулу, откачивают ее до остаточного давления приблизительно 1,3·10^-5 гПа и отпаивают от вакуумной системы. После этого в однотемпературной печи проводят непосредственное сплавление компонентов путем нагрева до 1383 К. Затем ампулу помещают в двухзонную вертикальную печь, в которой проводят выращивание монокристаллов. Поскольку расплав тройного соединения CuAlSe₂ склонен к переохлаждению, достигающему приблизительно 50 К, то кроме применения больших температурных градиентов в месте кристаллизации необходимо проводить формирование монокристаллической затравки. Для этого часть расплава (приблизительно 3 мм) закристаллизовывают и проводят рекристаллизационный отжиг в течение 48 ч. На сформированной таким образом затравке проводят выращивание монокристаллов тройного соединения CuAlSe₂ при следующих режимах: температура зоны расплава 1373 К, зоны отжига 1253 К, температурный градиент 50 К/см, скорость опускания ампулы 0,1 мм/ч. Полученные при таких условиях монокристаллы CuAlSe₂ размерами несколько миллиметров имели большое количество трещин, были оптически неоднородными и нестабильными на воздухе. Пример 2. Шихта состава Cu_1,04AlSe_2,02. В тигель (материал и размеры такие же, как в примере 1) загружают медь (3,9250 г), алюминий (1,6024 г) и селен (9,5126 г), причем селен берут с избытком 40 мг для создания давления его паров над расплавом приблизительно 2 атм. После непосредственного сплавления компонентов ампулу помещают в двухзонную вертикальную печь, при этом температура зоны расплава 1373 К, зоны отжига 1268 К, температурный градиент 60 К/см, скорость опускания ампулы 0,2 мм/ч. Формирование монокристаллической затравки ведут таким же образом, как в примере 1, и в дальнейшем на нее проводят выращивание монокристаллов. Полученные при таких условиях монокристаллы диаметром 18 мм и длиной 30 мм оптически однородны по всей длине кристалла и стабильны на воздухе. Пример 3. Шихта состава Cu_1,08AlSe_2,04. В тигель (материал и размеры такие же, как в примере 1) помещают медь (5,3473 г), алюминий (2,1023 г) и селен (12,6504 г), который берут с избытком 100 мг для создания давления паров над расплавом приблизительно 5 атм. После непосредственного сплавления компонентов ампулу помещают в двухзонную вертикальную печь. Перед началом выращивания проводят формирование монокристаллической затравки таким же образом, как в примере 1. Выращивание монокристаллов CuAlSe₂ ведут при следующих режимах: температура зоны расплава 1448 К, зоны отжига 1328 К, температурный градиент 120 К/см, скорость опускания ампулы 0,3 мм/ч. Полученные при таких условиях монокристаллы тройного соединения CuAlSe₂ диаметром 18 мм и длиной 30 мм оптически однородны по всей длине кристалла и стабильны на воздухе. Рентгеновские исследования при комнатной температуре показали, что соединение CuAlSe₂ кристаллизуется в структуре халькопирита с параметрами кристаллической решетки a 5,607±0,005 , с 10,98±0,01 . При длительном хранении (до 1 года) кристаллов CuAlSe₂ в лабораторных условиях (в обычных бюксах и эксикаторах) не наблюдалось видимых следов разложения соединения, что происходило с кристаллами CuAlSe₂ при получении их другими способами. Оптические свойства при этом не изменялись. Оптическая однородность проверялась исследованием изотропной точки (длины волны, на которой показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей равны) образцов, вырезанных из разных частей (нижней, средней и верхней) слитка. Изотропная точка для всех образцов находилась в пределах ошибки и составляла при комнатной температуре (5455±5).

Формула изобретения

Способ получения монокристаллов соединения CuAlSe₂, включающий синтез сплавлением исходных элементов в тигле, помещенном в вакуумированную кварцевую ампулу, и последующую направленную кристаллизацию полученного соединения, отличающийся тем, что, с целью увеличения размеров монокристаллов, их оптической однородности и стабильности на воздухе, исходные элементы берут в нестехиометрическом количестве, соответствующем составу Cu_xAlSe_y, где x 1,04 1,08, y 2,02 2,04, тигли используют из пиролитического нитрида бора, кристаллизацию проводят перемещением тигля со скоростью не более 0,3 мм/ч в вертикальной двухзонной печи с температурой в зоне расплава 1368 1448 К, с градиентом температуры на фронте кристаллизации 60 120 К/см, под давлением паров селена 2 5 атм.