способ получения нитевидных кристаллов оксида цинка

Формула изобретения

Способ выращивания нитевидных кристаллов оксида цинка, отличающийся тем, что рост осуществляют на воздухе с использованием излучения CO₂-лазера непрерывного действия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения. Размеры, форма и связанные с ними специфические свойства нитевидных кристаллов делают их привлекательными объектами для различных применений в науке и технике: в физике - объекты для изучения размерных эффектов, а также кинетики роста кристалла вообще в приближении одномерного случая, в технике - активные элементы автоэмиссионных приборов, тензодатчики и т.д.

Известна тенденция оксида цинка к формированию игольчатого габитуса нитевидных монокристаллов, вытянутых вдоль оси C, при традиционных методах роста (см., например, [1, 2]). Известно также об использовании лазерного нагрева для выращивания монокристаллов по крайней мере оксидных материалов: Al₂O₃, La₂Ti₂O₇, Y₃Al₅O₁₂, Eu₂Ti₂O₇ и др. (см., например, [3,4]).

Техническим результатом данного изобретения является получение нитевидных кристаллов оксида цинка без затравок и кристаллизационных камер - на воздухе с использованием излучения CO₂-лазера непрерывного действия.

В экспериментах использовался серийный лазер непрерывного излучения ЛГ-25 на CO₂ мощностью 25 Вт. При фокусировке Ge-линзой с f=20 см плотность мощности на поверхности таблетки превышала 10⁵ Вт/см². Предварительно спрессованные из порошка оксида цинка марки ОСЧ таблетки, размерами L ~1 cм и D ~ 1 cм, отжигались в муфельной печи при T ~ 800^oC в течение 1 часа для обеспечения механической прочности. Процедура облучения занимала 1-3 мин. За короткое время (~10 сек) в локальной области облучения температура достигает величины (непосредственные измерения затруднены как размерами области, так и существенным градиентом температур), необходимой для разложения (T > 1750^oC) и, возможно, плавления (T > 1950^oC) оксида цинка. Размер кратера в области облучения в зависимости от времени и исходной плотности мощности достигал 3 - 4 мм. На краях кратера образуются бугорки - утолщения, видимые невооруженным глазом. При наблюдении под микроскопом с небольшим увеличением (10-100) отчетливо видно, что край кратера состоит из дискретных яйцевидных образований размерами порядка 1 мм, отстоящих друг от друга на таком же расстоянии. На чертеже приведена микрофотография фрагмента края кратера, полученная при увеличении х 25. Можно видеть, что нитевидные кристаллы растут в радиальных направлениях на каждом из таких образований, исключая их внутреннюю коническую поверхность, близкую к зоне облучения. Размеры этих кристаллов вдоль оси C достигали нескольких мм, а в перпендикулярных к оси C направлениях - нескольких мкм.

Список литературы

1. Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. - М.: Наука, 1977, 300 с.

2. Park Y.S., Reynolds D.C.J. of Appl. Phys. 1967, v. 38, N 2, p. 756-760.

3. Реди Дж. Действие мощного лазерного излучения. - М.: Мир, 1974, 450 с.

4. Рябченков В.В. Синтез тугоплавких монокристаллов в условиях лазерного нагрева. Автореферат кандидатской диссертации. - М., ИКАН, 1987, 18 с.