Способ выращивания активированных щелочно-галоидных монокристаллов

 

Изобретение относится к квантовой электронике и позволяет повысить качество щелочно-галоидных монокристаллов. Способ выращивания активированных щелочно-галоидных монокристаллов из расплава включает разращивание монокристалла до заданного диаметра при поддержании постоянного уровня расплава за счет подпитки расплава шихтой, вытягивание цилиндрической части монокристалла при подпитке шихтой с добавкой активатора в количестве CI, в течение времени, ч: t HMeCsi I IKmCi I , где Me - масса расплава , г; m - массовая скорость подпитки, г/ч; К - коэффициент распределения активатора: заданная концентрация активатора в монокристалле, мае. %; Ci - концентрация активатора в шихте в начале его введения в шихту, мае. %. Затем концентрацию активатора в шихте уменьшают в 3-6 раз до величины С. определяемой из уравнения, мае. %: Са Csi(Km+ у)(Km), где укоэффициент испарения активатора из расплава, г/ч. Получены монокристаллы Nal(T1), Csl(T1) диаметром 260-310 нм, высотой 500 мм. Световой выход монокристаллов , УЕСВ: 1,1-2.9. Собственное разрешение, %: 9.1 для Nal(Tl) и 18,1 для CslfTI)- 3 табл. ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)5 С 30 В 17/00, 29/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4367220/26 (22) 15.12.87 (46) 07.12,92, Бюл. № 45 (72) В.Г,Проценко, Л.Г,Эйдельман, В.А.Радкевич, В.А. Неменов и В.P.Ë юбинский (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 661966, кл, В 01 J 17/18, 1976, (54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ АКТИВИРОВАННЫХ ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к квантовой электронике и позволяет повысить качество щелочно-галоидных монокристаллов. Способ выращивания активированных щелочно-галоидных монокристаллов из расплава включает разращивание монокристалла до заданного диаметра при поддержании постоянного уровня расплава за счет подпитки расплава шихтой, вытягивание цилиндрической части монокристалла при

Изобретение относится к выращиванию монокристаллов и может быть использовано при вытягивани из расплава крупногабаритных сцинтилляционных монокристаллов.

Целью изобретения является повышение качества монокристаллов за счет улучшения равномерности распределения активатора по высоте монокристалла.

Способ выращивания монокристаллов осуществляют следующим образом.

Перед проведением выращивания определяют коэффициент распределения активатора К, коэффициент испарения активатора из расплава 1, и задаются вели„„59ÄÄ 1538557 А1 подпитке шихтой с добавкой активатора в количестве CI, в течение времени, ч: t =

-IMeCs> 1: 1КгпС1 1 . где Ме — масса расплава, г; m — массовая скорость подпитки, г/ч; К вЂ” коэффициент распределения активатора: Cs> — заданная концентрация активатора в монокристалле, мас. %; C1 концентрация активатора в шихте в начале его введения в шихту, мас. %. Затем концентрацию активатора в шихте уменьшают в

3 — 6 раз. до величины С. определяемой иэ уравнения, мас. %. С2 = (Cs>(Km+ y):(Km), где у- коэффициент испарения активатора из расплава, г/ч. Получены монокристаллы

Nal(T1). Csl(Tt) диаметром 260 — 310 нм, высотой 500 мм, Световой выход монокристаллов, УЕСВ: 1,1 — 2.9, Собственное разрешение, %: 9,1 для Nal(Tt) и 18,1 для

Csl(Tl). 3 табл.

6д чиной массы расплава Ме и массовой скоростью подпитки m, Величины К и ухарактеризуют выращиваемый монокристалл, а величины Ме и m определяются конструкцией тигля и устрой- 4 ства для подпитки.

Затем определяют необходимую величину концентрации активатора в монокристалле Су, которая связана с материалом выращиваемого монокристалла и активатора.

После этого рассчитывают величину Cz из соотношения

1538557

m= V р,, л0

4 выбирают С1-(3-6)С2 и рассчитывают вреМе Сз! мяс =

Km Ct

Затем в тигель выгружают неактивированное сырье, производят его расплавление, производят ээтравливание монокристалла и разращивание его по диаметру при проведении подпитки неактивированной шихтой, Уровень расплава поддерживают автоматически, После окончания разращивания монокристалла по диаметру начинают вытягивание его по высоте и одновременно подпитку шихтой с концентрацией активатора в шихте С1.

Подпитку шихтой с этой концентрацией активатора продолжают в течение времени, равного t, а затем, не прекращая вытягивания монокристалла, производят подпитку расплава шихтой с концентрацией активатора Cz до окончания процесса выращивания.

Для проведения испытаний используют стандартное оборудование для выращивания крупногабаритных монокристаллов типа "РОСТ вЂ” 1М".

В процессе испытаний проводят выращивание монокристаллов Ма!(ТЯ 0270 — 320 мм, высотой 600 мм и массой до 200 кг, Процесс подготовки установки к выращиванию и выращивание монокристаллов включают следующие операции.

Загружают в тигель 30 кг Nal, закрепляют затравку Я50 мм в кристаллодержателе.

Вакуумируют объемы ростовой камеры и сушат исходное сырье при температуре

500 С в течение 24 ч. Затем повышают температуру донного нагревателя до

820 С и бокового — до 850 С. Через 2 ч после расплавления сырья в тигле соприкасают затравку с расплавом, оплавляют ее до удаления поверхностых дефектов и корректируют температуру донного нагревателя до достижения теплового равновесия, Затем соприкасают щуп с поверхностью расплава и включают систему автоматизированного радиального разращивания монохристалла до заданного диаметра (270-320 мм) с подпиткой неактивированной шихтой, После окончания разращивания по диаметру начинают автоматизированный рост по высоте с подпиткой шихтой, в которую вводят активатор концентрацией в шихте С1, в течение времени t, затем с концентрацией в шихте Ср до окончания выращивания.

Конкретные примеры различных вариантов режимов двухстадийной подпитки и результаты измерений характеристик выращенных монокристаллов приведены в табл, 1, 5

Как видно из табл. 1, предлагаемый способ выращивания обеспечивает, по сравнению с прототипом, высокое качество монокристаллов с однородным распределением активатора, В каждом конкретном случае входящие в выражения для Ср и у параметры определяют следующим образом.

Массовую скорость подпитки расплава определяют с помощью выражения, г/ч где Ds — диаметр кристалла, мм;

V — скорость вытягивания, мм/ч;

p — плотность кристалла, г/см, Коэффициент распределения активатора (К) в ЩГК (щелочно-галоидный кристалл) является физико-химической константой и его значение либо известно из специальной литературы, либо может быть определено экспериментально (см, табл. 2).

Массу расплава (Ме) в тигле определяют по массе сырья, загружаемого в тигель.

Коэффициент испарения активатора у определяют экспериментально, он характеризует выращиваемый монокристэлл и ростовое оборудование. Значение этой величины определяют с помощью предварительного выращивания следующим образом.

Выращивают монокристалл данного соединения и заданного размера при массовой скорости подпитки m и при некотором значении концентрации активатора Cf в подпитывающей шихте, Измеояют концентрацию С> активатора в нижней части монокристалла и определяют значение по формуле

В табл. 2 приведен пример необходимых данных и расчет значения С2 и t для реализации предлагаемого способа.

Для крупногабаритных сцинтилляционных монокристаллов показателями качества являются: высокий световой выход, малое собственное разрешение и неравномерность светового выхода по высоте детектора, большая доля кристалла с равномерным распределением активатора.

В табл. 3 приведены сравнительные данные по получению крупногабаритных сцинтилляционных мОнокристдллОв по прототипу и по предлагаемому способу при зна1538557

Таблица 2

Тип мо- ПлотСкоро- Масса Концент- КонцентДиаметр кристалла D5, мм нокристалла рация активатора сть вытя- распларация активатора ва в тиггивания, Ч, мм/ч ле, Ме, г в шихте в крипредва- сталле ритель- после ном предвавыращи- рительного выращивая доля,?

Nat !

3,67

260

0,25

22000

0,35

0,035

0,1

Расчетные значения

Коэффициент исМассо- Конечное значение концент- Начальное значеВремя (т) подпитки с начальной концентрацией Cl, ч вая скорации активатора в шихте (Сг), массовая доля, % ние концентрации парения активаактиватора в шихте (Сl), ч,массовая доля, %

Csl (Km +y)

Сг—

Ме Csl

Km Cl

С l =(3-6) Сг

1.0

3.8-1,9

3 — 6

780

Таблица 3 тора у, ч/ч у=КЙ х х(1) С5

1760 ность монокристалла (р), г/см рость подпитки, (m), г/ч г х

xV p

Коэффициент распределения (К) таллия в Nal вании (С ),массовая доля,, вания (C5) массовая доля,?

Оптима 1hH. значение концентрации активатора в монокристалле (С51), массо1г 1 г,г 7

"Л С.;

1=

КП1 С1

f:S1(l(m+7, Сг--Кm

Таблица 1

1(тн о сител ь-!

1 нсе отклонеЕГсгсгтта кри(л; -. г(;; 1 г Р г(/т > ° l f !1 f 1(j -- l (3 f (grf ff;(9 1 (/Н

Г;г-г, т/г ( г цеi-,TpHf èй f11 ь пихте (Сг) сталла с монотонным ч" Л! 11ГЗС1

1 г ние

I:.0i:1(вlf Гоа

-(, !111

/ с

1 ((." г - г ". С . / Е с(>1,(/ Ол». % г

1 г

I г

i f, i.! (! Э К i f !3 B Г О ра 01 сред;его з,(а

-lC. f f1Я,,/р/

i10! f ( ут — rir . - r ,(. („б((г

/1 0

1 1

:ъ 0

0,0

j 8,0 . C) О Гт

1! P(f

1 г(1Г! 1ПУ/ ((3r3 гу .) .::/(,,i/,,!

":6 ( г

7 0 г 0

0,5

8 0

8,0

I3 13 с(Е! i И 33 Х !,г, ((3 (3 7 ". :: (, Г ", К ) !! I l: Р 1 f Гг (1 -l / Ц (3 г !

;1/ -/1лэгае(1ь(х 3(f< 3 i!, Фопмулэ и=/оi- оетения

СПГ)У О(б ВЫ Оса!3((.1Г3 „(я КТ(1Гт!11!Оtl fi! l (Ы Х !

11,Е rÄ: Ч Г(f 3 Г Л Л О!г1 д1! Ы Х (1 Г! (Г1 К р 11 С Т а Л Л Г3 Г3 1 г :. Сfm;3;3ä, f3 /ffQr3 3fr,l Ill;.", 1(аср;1;г(13/3а1(.(г; (,ноК jJÊÑT ЬЛЛ а ДО Зу1,((,с3 Н.1О Г!) j и й.".-;,(r Ра и

Вг!1 я Гl1Ã(аи!1(.: C l g Цг/(Г11Н/!I l!. (ЕГ,(,"ОЙ !:":(; . т ПО!1

У (, 1ДЕР;КЭ;i(1И ПОСТГ(ЯI (-1, ()Г;и,;,i П-,г-i Л;Ва (г /! ЕГ1 ПО". 1ИГf,!1 ПЭСУ(Л.=" - гэ,;; г С/р1 i ле(гзв:, ОИ ЭКТ(1яатОРа, Q T Л I (ч .".. Ю Ш Il 1,1;./ i j, (, ЦГГ(Ь:О 110ВI>l(31Е !5 КЭ .-ЭС::;„-.1:/ГО(Ь((<:,1:.:.

, -(ЧЛгг(1,, Сilя(/г(т/! f, 1!r т(, 1 l/!ifr,f "-(3(rlf ТI1

Г. с(; . 1 (г/,,i -;,,а (.f!153 э f; l i, Гт,, ", I: ц 3,,г ; i i 1 е (, (г, ., (г-.,.1 1:.Вг1/111 г 13 if if 1

l I, )f. . ЙС ГаЛЛД 33!) 3 ° 1(imi irп r/ .;(!! Э! 1 "г (1 i., (1.".О

В(3ДЧт ВытвггИВЭ(3И(т Г(г/ся (((го(М(-..11(т1 г

-У . (-, (г.:, /1 (: (-.. 13 и -где Me — масса расплава, г;

К коэффициент распределения активатора;

f,-1.-, — Заданная кОнцЕНтРация активатоРа В МГЗНОКРИСТЭГ1ЛЕ, МЭС.,Ь;

С1 — концентрация активатора в шихте в начале его введения в шихту, мас. о/, ;

m — массовая скорость подпитки, r/÷, затем vorföåíòðýöèþ активатора в шихте уме-(ьшэ1от в 3 — 6 раз до величины > где 1 — коэффициент испарения активатора из расплава, г/ч.

1538557

Продолжение таблицы 3

Составитель В. Безбородова

Редактор А. Кондрахина Техред М,Моргентал Корректор Н, Гунько

Заказ 562 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101