Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Рис. 1. Осевой температурный градиент при выращивании серии кристаллов LiNbO3 : РЗЭ (~ 2 град/мм над расплавом) Рис. 2. Осевой температурный градиент при выращивании серии кристаллов LiNbO3 : Zn (~ 1 град/мм над расплавом) Следует отметить, что каждая из серий легированных монокристаллов была получена при одинаковых тепловых условиях, кристаллы имели одинаковые геометрические размеры. Малый температурный градиент на границе раздела фаз (~ 1 град/мм) и высокое содержание легирующей примеси в расплаве обусловили соответствующий выбор малой скорости выращивания кристалла. Необходимо было избежать условий образования концентрационного переохлаждения и, как следствие, ячеистой структуры кристалла, обеспечить стабильность кристаллизации даже в условиях неконтролируемого уменьшения осевого температурного градиента, например, при значительном снижении уровня расплава. С целью предотвращения последнего на выращивание кристаллов расходовалась лишь незначительная часть жидкой фазы. Технологические параметры процесса представлены в таблице. Технологические параметры процесса выращивания легированных монокристаллов Технологические параметры LiNbO3 : РЗЭ LiNbO3 : Zn, 1-я серия LiNbO3 : Zn, 2-я серия Температурный градиент, град/мм 2 1 1 Диаметр тигля, мм 65 75 75 Диаметр кристалла, мм 30 40 40 Длина цилиндрической части кристалла, мм 30 30 40 Скорость перемещения, мм/ч 0,8 1,1 1,1 Скорость вращения, об/мин 16 14 14 Вес кристалла, г 130 200 280 Доля закристаллизовавшегося расплава, % 15 17 < 25 Скорость роста, мм/ч 1,08 1,8 1,8 Был сформирован единый подход при работе с легированными расплавами при непосредственной подготовке расплава и затравливании. Тигель с шихтой нагревали в два этапа. Быстро, за один час до 1100 оС, и медленно, в течение 6 ч нагревали в области температур от 1100 до 1280 оС. После получения расплава с целью его гомогенизации, разрушения ассоциативных связей в расплаве и увеличения степени однородности его структуры, а также эффективного освобождения от газовых включений не менее двух часов производилась экспозиция расплава при температуре на 70-180 °С выше температуры получения расплава. Величина перегрева подбиралась индивидуально для каждой серии монокристаллов. Максимальный перегрев применялся в сериях LiNbO3 : РЗЭ из-за значительного увеличения вязкости легированных РЗЭ расплавов. Затем расплав плавно охлаждали до температуры затравливания. В качестве затравочного кристалла использовали номинально чистый ниобат лития. Затравливание кристалла производилось не раньше чем через 5-7 ч от момента получения расплава. Все температурные измерения производились в отсутствии кристалла при полном воспроизведении технологического режима подготовки расплава, затравливания и послеростового отжига с помощью термопары ТПП, установленной на оси теплового узла. Отрыв кристалла от расплава производился с учетом особенностей легированных расплавов и выращенных легированных кристаллов ниобата лития. Так, например, введенные в расплав примеси РЗЭ приводят к значительному увеличению вязкости расплава и, следовательно, к увеличению продолжительности и сложности операции. Иная картина наблюдается при выращивании LiNbO3 : Zn. Отрыв кристаллов, выращенных из расплавов с концентрацией ZnO < 5,5 мол. %, возможен при быстром перемещения кристалла LiNbO3 : Zn вверх, как и в случае номинально чистого ниобата лития. Такой режим неприемлем для кристаллов LiNbO3 : Zn, выращенных из более концентрированных расплавов, поскольку при этом может наблюдаться растрескивание торцевой части кристалла. В этом случае отрыв производили после формирования обратного конуса 544