Фізико-технологічні проблеми отримання монокристалів потрійних оксидів з ефективними функціональними властивостями - Ba(1-x)SrxNb2O6, La3Ga5SiO14, Li6GdB3O9 - Автореферат

Науково-технологічний концерн “Інститут монокристалів” Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукТак, ще в кінці 70-х - на початку 80-х років були запропоновані нові типи монокристалів: ніобат літію LINBO3 (LNO), танталат літію LITAO3 (LTO), ніобат барію-стронцію Ba(1-x)SRXNB2O6 (BSNO, бастрон), галосилікат лантану La3Ga5SIO14 (LGSO, лангасит), на основі яких згодом були створені ефективні елементи квантової електроніки та пєзотехніки. Досвід вивчення потенційних можливостей цих монокристалів вимагав вдосконалення засобів їх отримання, легування, модифікування їх структури та складу. Ці проблеми складають, перш за все: розробку способів синтезу вихідної шихти заданого складу, розробку методів вирощування монокристалів, виготовлення орієнтованих зразків монокристалів, визначення їх оптичної та структурної досконалості, вивчення впливу технологічних факторів на забарвлення монокристалів тощо. До початку досліджень по темі дисертації (1970-72 р.р.) не було системного підходу до створення технології отримання якісних монокристалів потрійних сполук із заданими параметрами цільового призначення, причому інформація про технологічні особливості отримання таких монокристалів була обмеженою й суперечливою (BSNO і LGSO), або взагалі відсутньою (LIGBO). Але такі питання, як одержання якісної шихти для вирощування цих монокристалів, визначення впливу технологічних факторів на вирощування структурно та оптично однорідних монокристалічних зразків розмірами, більшими за відомі (діаметр d <20 мм для BSNO і d <30 мм для LGSO), та вивчення основних властивостей для конкретного застосування не були достатньо вирішені.Так, по даним ВТРФ у кристалах BSNO (досліджувався склад, який плавився конгруентно (х=0,61) спостерігалась тільки аномалія параметру с в області ТС, а в кристалах LGSO не спостерігалось ніяких аномалій параметрів а і с гратки, а також термічних коефіцієнтів aa і ac в області температур 293 - 1473 К. При розробці технологічних режимів вирощування монокристалів, перед усім, були досліджені залежність між температурними градієнтами в зоні росту кристалів і змінюванням електричної потужності, яка подається на індуктор установки, при використанні найбільш доцільних кристалізаційних вузлів та характер формування верхнього конусу кристалу при розрощуванні його до заданого діаметра, як одних із визначальних умов отримання досконалих монокристалів. Відпал монокристалів здійснювали в дві стадії: безпосередньо після вирощування в ростовій камері (із додатковим нагрівачем) з витримкою їх над розплавом протягом 10-15 год і охолодженням до Ткімн зі швидкістю змінювання температури VT = 25-35 К/год та додатково при нагріванні їх до 1673-1713 К із VT <100 К/год, витримці при цій температурі протягом 40-50 год і охолодженні до Ткімн з VT = 25-35 К/год. Були опробувані три системи автоматичного управління (САУ) технологічним процесом: із використанням електроконтактного датчика рівня розплаву (1); датчика маси розплаву (2), які були успішно використані при вирощуванні монокристалів ніобата літію на модернізованій установці Донець-1 в Інституті монокристалів НАН України, і датчика маси кристалу (3), використаного в сучасних установках Кристал-ЗМ, Скіф-5. Найбільш доцільними виявились умови вирощування монокристалів LGSO діаметром 55-65 мм і масою 1000-1800 г, відпрацьовані з використанням САУ (3): n = 1,8-2,2 мм/год, w = 10-20 хв-1, DM/dt = 37-40 г/год, довжина верхнього конусу l = 15-20 мм, відношення діаметра кристалу dk до діаметра тиглю dk/dt = 0,56-0,61, як граничні величини, при яких залежність відношення ni/n від відношення dk/dt зростала повільно.Установлені залежність утворення фаз BSNO, LGSO, LIGBO від умов синтезу, доцільні температурно-часові режими синтезу сполук та показано, що процесам фазоутворення сприяють таблетування вихідних сумішей та зменшення швидкості нагріву до 60 К/год в інтервалах температур інтенсивної взаємодії. Установлені особливості вирощування монокристалів потрійних оксидних сполук La3Ga5SIO14,, Ba(1-x)SRXNB2O6, Li6GDB3O9 із розплаву методом Чохральського, які полягають у підвищеній чутливості їх розплавів до переохолодження й флуктуацій температури та необхідності забезпечення майже плоского фронту кристалізації й однорідного розподілу температури в камерах росту й охолодження кристалів. Установлено, що основними причинами виникнення ростових дефектів у монокристалах BSNO, LGSO, LIGBO різних орієнтацій є нестехіометричність складу вихідних сполук та форма фронту кристалізації. Систематизовано основні типи таких дефектів, як шпур у центральній, осьовій ділянці кристалу, ростова шаруватість у напрямку, перпендикулярному до осі росту, газові бульбашки й мікротріщини, які локалізуються переважно в підзатравочній ділянці шпуру, блочність у приповерхових шарах кристалів, мікродомени (у BSNO) та дислокації, густина яких становила 102-103 см-2 у переферійних ділянках кристалів.

Основний зміст роботи