CS267414B1

CS267414B1 - Ampoules for monocrystals of monovalent mercury halides from gaseous phase

Info

Publication number: CS267414B1
Application number: CS884018A
Authority: CS
Inventors: Cestmir Ing Barta; Cestmir Ing Csc Barta; Milan Ing Hejl
Original assignee: Barta Cestmir; Hejl Milan
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1990-02-12
Also published as: CS401888A1

Abstract

Řešení se týká oblasti pěstování vysoce kvalitních monokrystalů, se zaměřením na uspořádání ampule používané při pěstování těchto monokrystalů. Ampule pro pěstování monokrystalů halogenidů jednomocné rtuti má část, v níž dochází k růstu krystalového zárodku upravenou do tvaru kapiláry stočené do závitu se stoupáním 45° - 30 , přitom vnější průměr závitu obvykle nepřesahuje průměr ampule. Krystalový zárodek vyplňuje celý vnitřní prostor kapiláry a nejrychleji narůstají nejvýhodněji orientovaná zrna. Tvar kapiláry urychluje proces eliminace méně výhodně orientovaných krystalových zrn a z původně polykrystalického zárodku se stává monokrystal.The solution relates to the field of growing high-quality single crystals, with a focus on the arrangement of the ampoule used in growing these single crystals. The ampoule for growing single crystals of monovalent mercury halides has a part in which the crystal seed grows, adjusted to the shape of a capillary coiled into a thread with a pitch of 45° - 30 , while the outer diameter of the thread usually does not exceed the diameter of the ampoule. The crystal seed fills the entire internal space of the capillary and the most favorably oriented grains grow the fastest. The shape of the capillary accelerates the process of eliminating less favorably oriented crystal grains and the originally polycrystalline seed becomes a single crystal.

Description

Vynález se týká uspořádání ampule pro pěstování monokrystalů halogenidů jednomocné rtuti z plynné fáze, především té části ampule, v níž dochází ke vzniku a následnému růstu krystalového zárodku .The invention relates to an arrangement of an ampoule for growing single crystals of monovalent mercury halides from the gas phase, in particular to that part of the ampoule in which the crystal nucleus is formed and subsequently grown.

V současné době je vyřešen způsob výroby monokrystalů halogenidů jednomocné rtuti z plynné fáze, při kterém se surovina halogenidu jednomocné rtuti neprodyšně uzavře například v ampul i z křemenného skla, přivede se na teplotu nejméně 120 °C. načež se v teplotním gradientu sublimací plynule postupně rekrystallžuje * na monokrystal. Monokrystal začíná narůstat na opačném konci ampule než je umístěna surovina, a to na krystalovém zárodku. Tento g zárodek musí být do ampule buď předem vložen nebo vznikne samovolně tak zvanou termotaxií, to je samovolně vznikající zárodek krystalu se krystalograficky orientuje optimálně vůči směru izoterm teplotního pole.At present, a process for the production of monocrystalline mercury halide single crystals from the gas phase is solved, in which the raw material for monovalent mercury halide is sealed, for example in a quartz glass ampoule, and brought to a temperature of at least 120 ° C. after which it is gradually recrystallized into a single crystal in a temperature gradient by sublimation. The single crystal begins to grow at the opposite end of the ampoule from the raw material, on the crystal nucleus. This g nucleus must either be inserted into the ampoule in advance or is formed spontaneously by so-called thermotaxis, i.e. the spontaneously formed crystal nucleus is crystallographically oriented optimally with respect to the direction of the isotherms of the temperature field.

Hlavní nevýhodou metody termotaxie přitom je, že v praxi málokdy dochází k tomu, že zárodek krystalu začíná vznikat z jediného nukleačního centra. Těchto center je naopak několik, takže výsledný krystalový zárodek bývá většinou polykrystalický. Při narůstání takového zárodku pak rostou nejrychleji, a tedy přednostně, ta krystalová zrna, která jsou nejvýhodněji orientována vůči směru izoterm teplotního pole a ostatní méně výhodně orientována krystalová zrna jsou jimi postupně zatlačována. Celkový počet jednotlivých krystalů na fázovém rozhraní zárodku se proto zmenší a málokdy dojde k tomu, aby se stalo dominantním jediné krystalové zrno a krystalový zárodek přešel v monokrystalický růst. Ve snaze pomoci tomuto požadovanému vývoji, to je vzniku monokrystalu, byly navrženy různé úpravy vnitřního prostoru ampule. Krystalový zárodek například začíná narůstat ve špičce ampule na jednom jejím konci, která je nejchladnějším místem z celé ampule, přičemž ampule se od špičky postupně rozšiřuje až přejde do válcové části. Za účelem zvýšení pravděpodobnosti, že původní polykrystal ický zárodek přejde na monokrystalický růst. to je. že se stane dominantním jediné krystalové zrno zárodku a ostatní budou eliminována, bylo navrženo uspořádání. kdy postupně od své špičky se rozšiřující ampule je v určité vzdálenosti opět postupně zúžena a od tohoto místa se pak znovu postupně rozšiřuje až přejde do válcové části. V tomto případě byla pro chlorid rtutný HgaCLz experimentálně zjištěna pravděpodobnost přechodu krystalového zárodku do monokrystal ického růstu přibližně 20 Jiné řešení navrhuje náhlé zúžení vnitřního průřezu ampule pomocí speciální přepážky například tvaru pláště rotačního komolého kužele, jehož stěny svírají se svislou osou ampule úhel v rozmezí od 10 i °C do 90 °C. V tomto uspořádání byla pro případ chloridu rtutného pravděpodobnost přechodu polykrystalického zárodku v monokrystalický růst zvýšena na přibližně 38 Je tedy patrné, že napřík- ' lad v posledně uvedeném příkladu řešení ampule je nutno opakovat počáteční stádium krystalizace průměrně 3 krát, než je dosaženo požadovaného účinku, v prvně uvedeném příkladě dokonce 5 krát. Jeden cyklus přitom trvá 5 až 7 dní, takže se jedná o značné časové. energetické i jiné ztráty.The main disadvantage of the thermotaxis method is that in practice it rarely happens that the crystal nucleus begins to arise from a single nucleation center. On the contrary, there are several of these centers, so the resulting crystal nucleus is usually polycrystalline. As such a nucleus grows, the crystal grains which are most preferably oriented with respect to the isotherm direction of the temperature field and the other less preferably oriented crystal grains are then gradually pushed by them to grow the fastest, and thus preferably. The total number of individual crystals at the nucleus phase interface therefore decreases, and it rarely happens that a single crystal grain becomes dominant and the crystal nucleus turns into monocrystalline growth. In an effort to aid in this desired development, i.e. the formation of a single crystal, various modifications to the interior of the ampoule have been proposed. For example, the crystal nucleus begins to grow at the tip of the ampoule at one end, which is the coldest place in the entire ampoule, with the ampoule gradually expanding from the tip to the cylindrical portion. In order to increase the probability that the original polycrystalline nucleus will transition to monocrystalline growth. It is. that by becoming the dominant single crystal grain of the nucleus and the others will be eliminated, an arrangement has been proposed. when the ampoule gradually expanding from its tip is gradually narrowed again at a certain distance and from this point it then gradually expands again until it passes into the cylindrical part. In this case, the probability of the crystal nucleus to monocrystalline growth was approximately determined for mercury chloride HgaCLz. and ° C to 90 ° C. In this arrangement, for mercury chloride, the probability of the polycrystalline nucleus transition to monocrystalline growth was increased to about 38. Thus, for example, in the latter ampoule solution, the initial crystallization stage must be repeated an average of 3 times before the desired effect is achieved. in the first example even 5 times. One cycle lasts 5 to 7 days, so it is a considerable time. energy and other losses.

Uvedený nedostatek pomáhá řešit ampule pro pěstování monokThis deficiency helps to solve ampoules for growing monok

CS 267414 Bl rystalů halogenidů jednomocné rtuti z plynné fáze podle vynálezu, jehož podstatou je, že část ampule, v níž dochází ke vzniku a následnému růstu krystalového zárodku, má tvar kapiláry o průřezu s plošným obsahem v rozmezí od 0,01 mm² do 25 mm², stočené do závitu se stoupáním 45° - 30°, přitomk vnější průměr závitu obvykle nepřesahuje průměr apmule a počet závitů je roven nejméně 1/4 závitu.CS 267414 B1 of monovalents of monovalent mercury halides from the gas phase according to the invention, the essence of which is that the part of the ampoule in which the crystal nucleus is formed and subsequently grown has the shape of a capillary with a cross-sectional area ranging from 0.01 mm ² to 25 mm ² , twisted into a thread with a pitch of 45 ° - 30 °, while the outer diameter of the thread usually does not exceed the diameter of the apmule and the number of threads is equal to at least 1/4 of the thread.

Uspořádání ampule podle vynálezu je schematicky znázorněno na výkresu.The arrangement of the ampoule according to the invention is schematically shown in the drawing.

Ampule 1 je opatřena kapilárou 2 stočenou do závitu. Polykrystylický zárodek vzniká ve špičce kapiláry 2 a jeho jednotlivá krystalová zrna se postupně zvětšují, až krystalový zárodek vyplňuje celý vnitřní prostor kapiláry 2. Nejvýhodněji orientovaná krystalová zrna narůstají nejrychleji a postupně eliminují ostatní méně výhodně orientovaná krystalová zrna. Tvar kapiláry 2 podstatně urychluje proces eliminace, přitom průměr závitu, do něhož je kapilára 2 stočena není rozhodující.The ampoule 1 is provided with a capillary 2 wound into a thread. The polycrystalline nucleus is formed at the tip of the capillary 2 and its individual crystal grains gradually enlarge until the crystal nucleus fills the entire interior of the capillary 2. The most preferably oriented crystal grains grow the fastest and gradually eliminate other less preferably oriented crystal grains. The shape of the capillary 2 substantially speeds up the elimination process, the diameter of the thread into which the capillary 2 is wound is not decisive.

Navržené uspořádání ampule podle vynálezu bylo ověřeno na následujícím příkladě.The proposed arrangement of the ampoule according to the invention was verified by the following example.

Pro pěstování monokrystalu chloridu rtuťného HgzCLz byla použita ampule podle výkresu. Vnitrní průměr válcové části ampule 1 byl 25 mm, přičemž konec ampule, v němž vznikl a narůstal krystalový zárodek, byl upraven do tvaru tenké kapiláry 2 a průměru 0,9 mm, která byla stočena do dvou závitů se stoupáním 40°, přičemž vnější průměr závitu byl 10 mm. Statistická pravděpodobnost, že z původně polykrystalického zárodku se stal monokrystal se zvýšila přibližně na 50 % a současně se snížila pravděpodobnost vzniku šlír a jiných vnitřních nehomogenit.An ampoule according to the drawing was used to grow the HgzCLz mercuric chloride single crystal. The inner diameter of the cylindrical part of the ampoule 1 was 25 mm, the end of the ampoule in which the crystal nucleus formed and grew was shaped into a thin capillary 2 and 0.9 mm in diameter, which was twisted into two threads with a pitch of 40 °. the thread was 10 mm. The statistical probability that the originally polycrystalline nucleus became a single crystal increased to approximately 50% and at the same time the probability of the formation of slags and other internal inhomogeneities decreased.

Claims

Ampoule for growing single crystals of monovalent mercury halides from the gas phase, characterized in that the part of the ampoule (1) in which the crystal nucleus grows has the shape of a capillary (2) with a cross-sectional area of 0.01 mm ² to 25 mm ² , which is twisted into a thread shape with a pitch of 45 ° - 30 °, the outer diameter of the thread not exceeding the diameter of the ampoule (1) and the number of threads being equal to at least 1/4 of the thread.