Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ выращивания монокристаллов кварца

Классы МПК:C30B7/10 применением давления, например гидротермическими способами
C30B29/18 кварц
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова Российской академии наук (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2006-06-23
публикация патента:

Изобретение относится к технологии выращивания оптических кристаллов, в частности монокристаллов кварца, используемого в радиоэлектронике, оптоэлектронике и оптике. Способ выращивания монокристаллов кварца в гидротермальных условиях в автоклаве путем перекристаллизации кварца из шихты на экранированные затравочные пластины, расположенные под углом к горизонтальной плоскости, при наличии температурного перепада между камерами роста и растворения, заключается в том, что перекристаллизацию ведут на затравочные пластины ZY ориентации, установленные радиально относительно вертикальной оси автоклава и под углом от 15 до менее 45° к горизонтальной плоскости, сторона затравочных пластин, направленная к камере роста, расположена выше, чем сторона пластин, направленная к оси автоклава, при этом экранируют верхние Z - поверхности и торцевые поверхности затравочных пластин. Изобретение позволяет выращивать монокристаллы высококачественного оптического кварца с повышенной скоростью. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2320788

способ выращивания монокристаллов кварца, патент № 2320788 способ выращивания монокристаллов кварца, патент № 2320788 способ выращивания монокристаллов кварца, патент № 2320788

Изобретение относится к способам выращивания кристаллов, в частности к способам выращивания монокристаллов кварца из гидротермальных растворов методом температурного перепада, и может быть использовано для выращивания монокристаллов высококачественного оптического кварца, используемого в радиоэлектронике, оптоэлектронике и оптике.

Известен способ выращивания в автоклаве монокристаллов кварца в гидротермальных условиях при температурном перепаде между камерами роста и растворения, включающий синтез кварца из гидротермальных щелочных растворов путем перекристаллизации кварцевой шихты из шихтового контейнера, размещенного в нижней части автоклава - камере растворения, на горизонтально расположенные в камере роста затравочные пластины, верхние ростовые поверхности которых экранированы (см. заявку Великобритании №1443835, МПК В01J 17/04, 1974).

Этот известный способ выращивания монокристаллов кварца является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Однако при выращивании монокристаллов известным способом невозможно поддержать на протяжении всего цикла кристаллизации постоянный, интенсивный и равномерный по всей камере кристаллизации конвекционный тепломассообмен, вследствие чего скорость роста монокристалла в центре камеры кристаллизации меньше, чем на периферии. Кроме того, при перекристаллизации скорость тепломассобмена растущей поверхности ниже, чем при вертикальной установке затравочных пластин, из-за увеличения толщины «кристаллизационного дворика», в результате чего скорость выращивания монокристаллов поддерживается низкой из-за риска ухудшения технических характеристик выращиваемых монокристаллов.

Технической задачей предлагаемого способа выращивания монокристаллов кварца является создание такого способа, при реализации которого обеспечивалась бы повышенная скорость выращивания монокристаллов и при этом выращенные монокристаллы были бы однородными и имели стабильное качество, что позволило бы использовать их в современных оптоэлектронных устройствах.

Поставленная задача в предлагаемом способе выращивания монокристаллов кварца в автоклаве в гидротермальных условиях путем перекристаллизации кварца из шихты на экранированные затравочные пластины при наличии температурного перепада между камерами роста и растворения решается за счет того, что перекристаллизацию ведут на затравочные пластины ZY-ориентации, установленные радиально относительно вертикальной оси автоклава и под углом от 15 до менее 45° к горизонтальной оси последнего, при этом сторона пластин, направленная к стенке камеры роста автоклава, выше, чем сторона пластин, направленных к центру автоклава, а экранируют верхние Z-поверхности и торцевые Х-поверхности.

Экранирование верхней и торцевых Х-поверхностей затравочных пластин обеспечивает наращивание монокристаллов одним сектором роста по нижней основной Z-поверхности затравочных пластин, что полностью исключает процесс формирования дефектной половины монокристалла и сохраняет постоянным свободный объем в автоклаве, обусловленный отсутствием разрастания торцевых граней затравочных пластин.

Наклонное расположение затравочных пластин обеспечивает равномерный тепломассообмен между минералообразующей средой и растущей поверхностью монокристалла, необходимый для синтеза высококачественных монокристаллов. Для предотвращения трещин между экраном и затравочной пластиной устанавливают прокладку из стальной ленты.

Предлагаемый способ выращивания монокристаллов осуществляется следующим образом.

Пример 1. Выращивание монокристаллов осуществляют на затравочных пластинах ZY-ориентации (см. Фиг.1) из монокристаллического кварца, верхняя Z-поверхность и торцевые Х-поверхности которых экранированы стальным экраном (см. Фиг.2). В нижнюю часть автоклава 1 емкостью 1500 л (см. Фиг.3) - камеру растворения 2 - помещают шихту - жильный кварц 3 с размером кусков 10-50 мм, предварительно загруженную в перфорированную шихтовую корзину 4. Общий вес загружаемого жильного кварца составляет около 500 кг. После установки в камере растворения корзины с жильным кварцем над ней помещают перфорированный диск - «диафрагму» 5 с размером отверстий 16-25 мм, которая разделяет автоклав на камеру растворения и камеру роста 6 и предназначенную для создания оптимального температурного перепада между камерами растворения и роста. В верхнюю зону автоклава - камеру роста - помещают контейнер 7 с затравочными пластинами ZY ориентации, установленными радиально относительно вертикальной оси автоклава и наклонно под углом 15° к горизонтальной плоскости, верхняя растущая и торцевые поверхности которых экранированы 8.

После загрузки в камеру растворения шихты, установки диафрагмы и размещения в камере роста затравочных пластин автоклав заполняют на 80% от свободного объема растворителем, например водным раствором Na 2СО3, герметично закрывают его, включают электронагревательные элементы и разогревают до термобарических параметров, необходимых для проведения кристаллизации: температура кристаллизации 347°С, температура растворения шихты 350°С, давление 120 МПа. При достижении указанных параметров ведут процесс выращивания монокристаллов в течение 100-300 суток. Далее начинают вывод автоклава из режима кристаллизации путем постепенного снижения мощности электрического тока, подаваемого на электронагреватели. Скорость охлаждения 8-10°С/час. В процессе охлаждения снижается также и давление в автоклаве. При достижении температуры 270°С и давления 10 МПа проводят окончательное стравливание раствора при той же скорости охлаждения. При достижении температуры 60°С автоклав вскрывают и извлекают выросшие монокристаллы.

Пример 2. Выращивание монокристаллов осуществляют на затравочных пластинах ZY-ориентации (см. Фиг.1) из монокристаллического кварца, верхняя Z-поверхность и торцевые Х-поверхности которых экранированы стальным экраном (см. Фиг.2). В нижнюю часть автоклава 1 емкостью 1500 л (см. Фиг.3) - камеру растворения 2 - помещают шихту - жильный кварц 3 с размером кусков 10-50 мм, предварительно загруженную в перфорированную шихтовую корзину 4. Общий вес загружаемого жильного кварца составляет около 500 кг. После установки в камере растворения корзины с жильным кварцем над ней помещают перфорированный диск - «диафрагму» 5 с размером отверстий 16-25 мм, которая разделяет автоклав на камеру растворения и камеру роста 6 и предназначенную для создания оптимального температурного перепада между камерами растворения и роста. В верхнюю зону автоклава - камеру роста - помещают контейнер 7 с затравочными пластинами ZY ориентации, установленными радиально относительно вертикальной оси автоклава и наклонно под углом 44,5° к горизонтальной плоскости, верхняя растущая и торцевые поверхности которых экранированы 8. После загрузки в камеру растворения шихты, установки диафрагмы и размещения в камере роста затравочных пластин автоклав заполняют на 80% от свободного объема растворителем, например водным раствором Na2СО3, герметично закрывают его, включают электронагревательные элементы и разогревают до термобарических параметров, необходимых для проведения кристаллизации: температура кристаллизации 347°С, температура растворения шихты 350°С, давление 120 МПа. При достижении указанных параметров ведут процесс выращивания монокристаллов в течение 100-300 суток. Далее начинают вывод автоклава из режима кристаллизации путем постепенного снижения мощности электрического тока, подаваемого на электронагреватели. Скорость охлаждения 8-10 С/час. В процессе охлаждения снижается также и давление в автоклаве. При достижении температуры 270°С и давления 10 МПа проводят окончательное стравливание раствора при той же скорости охлаждения. При достижении температуры 60°С автоклав вскрывают и извлекают выросшие монокристаллы.

Проведенные испытания показали, что при выращивании монокристаллов предлагаемым способом на 8-15% повышается скорость выращивания монокристаллов, кристаллы имеют повышенную однородность по толщине и стабильное качество.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ выращивания монокристаллов кварца в гидротермальных условиях в автоклаве путем перекристаллизации кварца из шихты на экранированные затравочные пластины, расположенные под углом к горизонтальной плоскости, при наличии температурного перепада между камерами роста и растворения, отличающийся тем, что перекристаллизацию ведут на затравочные пластины ZY ориентации, установленные радиально относительно вертикальной оси автоклава и под углом от 15 до менее 45° к горизонтальной плоскости, сторона затравочных пластин, направленная к камере роста, расположена выше чем сторона пластин, направленная к оси автоклава, при этом экранируют верхние Z-поверхности и торцевые поверхности затравочных пластин.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2320788

patent-2320788.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C30B7/10 применением давления, например гидротермическими способами

Патенты РФ в классе C30B7/10:
способ получения сложного оксида со структурой силленита -  патент 2463394 (10.10.2012)
способ выращивания кристаллов оксида цинка -  патент 2460830 (10.09.2012)
деталь из искусственного кварца, способ ее изготовления и включающий ее оптический элемент -  патент 2441840 (10.02.2012)
способ выращивания кристаллов оксида цинка -  патент 2320787 (27.03.2008)
способ и устройство для получения объемного монокристаллического галлийсодержащего нитрида (варианты) -  патент 2296189 (27.03.2007)
затравка для выращивания монокристалла кварца (варианты) -  патент 2261294 (27.09.2005)
диафрагма автоклава для гидротермального выращивания кристаллов -  патент 2248417 (20.03.2005)
способ синтеза алмаза -  патент 2243153 (27.12.2004)
способ получения искусственных кристаллов кварца -  патент 2236489 (20.09.2004)
затравка для выращивания монокристалла кварца -  патент 2215069 (27.10.2003)

Класс C30B29/18 кварц

Патенты РФ в классе C30B29/18:
способ соединения деталей из тугоплавких оксидов -  патент 2477342 (10.03.2013)
деталь из искусственного кварца, способ ее изготовления и включающий ее оптический элемент -  патент 2441840 (10.02.2012)
технологическая установка для гидротермального выращивания кристаллов кварца -  патент 2290460 (27.12.2006)
затравка для выращивания монокристалла кварца (варианты) -  патент 2261294 (27.09.2005)
диафрагма автоклава для гидротермального выращивания кристаллов -  патент 2248417 (20.03.2005)
способ получения искусственных кристаллов кварца -  патент 2236489 (20.09.2004)
затравка для выращивания монокристалла кварца -  патент 2215069 (27.10.2003)
гидротермальный способ выращивания кристаллов кварца -  патент 2213168 (27.09.2003)
способ выращивания цветных разновидностей кристаллов кварца -  патент 2209859 (10.08.2003)
способ и устройство для выращивания кристаллов -  патент 2198968 (20.02.2003)

Наверх