ЗАТРАВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА КВАРЦА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК C30B7/10 C30B29/18 

Изобретение относится к средствам выращивания монокристаллов из растворов с применением давления, например, гидротермальным способом, и может использоваться при изготовлении затравочных пластин для выращивания кристаллов с малым числом дислокаций.

Известна затравка для выращивания монокристалла кварца, описанная в статье авторов Yutaka Mikawa и др. "New technque to decrease dislocations in synthetic quartz crystal" Proceed of the 1999 IEEE International Fr. Contr. Sump. 1999, Micropolis Besanson, France, p. 773-776, фиг.1.

Известная затравка вырезана из +Х области синтетического кварца и имеет ZY срез.

Недостатком известной затравки является укорочение Y-размера из-за наличия скошенных m-поверхностей при росте сектора +Х кристалла кварца. Поскольку в направлении оси Y кристалл практически не растет, а образующиеся при росте сектора +Х грани гексагональной призмы m наклонены под углом 30^o к оси Y, то приходится для сохранения прямоугольной формы укорачивать затравку по оси Y.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является затравка для выращивания монокристалла кварца, описанная в вышеупомянутой статье авторов Yutaka Mikawa и др. (фиг.2) и выбранная в качестве прототипа.

Известная затравка выполнена в форме трехсторонней незамкнутой в направлении +Х области рамки, вырезанной цельной из пластины кристаллического кварца ZY среза таким образом, что сторона основания -X параллельна оси Y, а боковые стороны параллельны оси X.

При использовании такой затравки сектор роста +Х кристалла заполняет вырез, сделанный в затравке, скользя по "направляющим" плоскостям гексагональной призмы m, что позволяет избежать больших потерь длины затравки по оси Y.

Однако области по краям затравки длиной от 20 до 30 мм, используемые для создания "направляющих" плоскостей, не очищаются от дислокаций, что уменьшает полезную бездислокационную зону кристалла кварца.

Целью заявляемого изобретения является увеличение полезной бездислокационной зоны кристалла.

Поставленная цель достигается тем, что:
- в первом варианте выполнения в затравке для выращивания монокристалла кварца, выполненной в форме трехсторонней незамкнутой в направлении +Х области рамки из кристаллического кварца, основание которой имеет ZY срез, согласно изобретению рамка выполнена составной из базовой затравки-основания и дополнительных элементов - боковых сторон, механически прикрепленных к краям базовой затравки, причем направления осей Y и Z базовой затравки и дополнительных элементов совпадают;
- во втором варианте выполнения в затравке для выращивания монокристалла кварца, выполненной в форме трехсторонней незамкнутой в направлении +Х области рамки из кристаллического кварца, основание которой имеет продольную ось, параллельную оси Y, согласно изобретению рамка выполнена составной из базовой затравки-основания, имеющей XY срез, и дополнительных элементов - боковых сторон, механически прикрепленных к краям базовой затравки, причем направления осей Y и Z базовой затравки и дополнительных элементов совпадают.

При этом в обоих вариантах выполнения затравки для выращивания монокристалла кварца дополнительные элементы - боковые стороны рамки - могут быть прикреплены к краям базовой затравки-основания под углом α=90^o или 90^o<α<180^o.

- в третьем варианте выполнения в затравке для выращивания монокристалла кварца, выполненной в виде трех соединенных между собой звеньев из кристаллического кварца, причем продольная ось центрального звена параллельна оси Y, согласно изобретению звенья выполнены отдельными в виде базовой затравки и соединенных с ней механически по краям дополнительных элементов, причем направления осей Y и Z базовой затравки и дополнительных элементов совпадают.

При этом базовая затравка может иметь ZY или ХY срез.

При этом дополнительные элементы могут иметь ZY или ZX, или YX срез для первого варианта выполнения затравки, YZ или YX либо ZX срез для второго варианта, ZY и XY срез для третьего варианта либо содержать зоны двойникования для всех вариантов.

При этом дополнительные элементы могут иметь в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, форму прямоугольника, L-образную форму или треугольную форму.

Кроме того, дополнительные элементы могут быть механически соединены с базовой затравкой встык или внахлест либо в количестве двух прикреплены к ней с двух боковых сторон по ее краям.

Выполнение затравки составной в виде базовой затравки ZY или XY среза и дополнительных элементов с указанными выше срезами для трех вариантов позволяет независимо от размеров базовой (исходной) затравки выращивать кристалл вдоль оси Х без ограничения по размерам (ограничение - только размерами автоклава), достаточным для промышленного применения, а также увеличить по оси Y полезную бездислокационную зону в базовой затравке по сравнению с прототипом.

Заявляемая затравка для выращивания монокристалла кварца во всех ее вариантах обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него выполнением затравки составной из базовой затравки и дополнительных элементов, механически прикрепленных к краям базовой затравки при совпадении направлений их осей Y и Z, обеспечивающих в совокупности заявляемый результат.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими указанный технический результат, поэтому он считает, что заявляемая затравка для выращивания монокристалла кварца во всех ее вариантах соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемая затравка для выращивания монокристалла кварца во всех ее вариантах может найти применение в химической промышленности для производства синтетических кристаллов кварца и потому соответствует критерию "промышленная применимость".

Заявляемое изобретение иллюстрируется рисунками, где схематически показаны на:
- фиг.1 - I и II варианты выполнения затравки;
- фиг.2 - возможные варианты механического соединения дополнительных элементов с базовой затравкой и III вариант выполнения;
- фиг.3 - возможные варианты механического соединения дополнительных элементов с базовой затравкой.

Затравка для выращивания монокристалла кварца содержит в I-III вариантах выполнения базовую затравку 1 и дополнительные элементы 2' и 2'' (см. фиг. 1). При этом базовая затравка 1 может иметь ZY срез (фиг.1a) или XY срез (фиг. 1б), а дополнительные элементы 2' и 2'' - срез ZY или ZX либо YХ для I варианта выполнения, YX или YZ либо ZX срез для II варианта, ZY или XY срез для III варианта либо иметь двойниковые зоны. Дополнительные элементы 2' и 2'' могут быть прикреплены к базовой затравке 1 под углом α=90^o (см. фиг.2а) или углом 90^o<α<180^o (см. фиг.2б) или углом α=180^o (фиг.2в).

Дополнительные элементы 2' и 2'' могут быть механически соединены с базовой затравкой 1 встык (фиг.1, 2) или внахлест либо прикреплены к ней по два с боковых ее сторон по краям (фиг.3).

Базовая затравка 1 и дополнительные элементы 2 затравки выполнены из кристаллического кварца, крепление дополнительных элементов 2 к базовой затравке 1 производится, например, с помощью проволоки, струбцины или другими способами (не показаны).

Затравку из базовой затравки 1 и дополнительных элементов 2' и 2'', механически скрепленных между собой проволокой в рамку (I и II варианты) или в полоску (III вариант) на проволочных держателях помещают в автоклав, где обычным гидротермальным способом при повышенных температуре и давлении выращивают монокристалл кварца. в течение одного или нескольких циклов в зависимости от необходимого размера кристалла. Такими условиями роста могут быть, в частности, давление 400-1200 атм и перепад температур между зоной роста и растворения от 5 до 30^oС при температуре кристаллизации 300-360^oС в щелочном или содовом растворе.

В процессе роста кристалла зона +Х растет без значительного уменьшения по оси Y, что позволяет, изменив срез методом поворота, получать малодислокационные затравки из выращенного на заявляемой затравке монокристалла кварца, а также увеличивать размер затравки по оси X.

В сравнении с прототипом заявляемая затравка во всех ее вариантах позволяет получить большую полезную зону кристалла без дислокаций.

Изобретение относится к средствам выращивания монокристаллов из растворов с применением давления, например, гидротермальным способом и может использоваться при изготовлении затравочных пластин для выращивания кристаллов с малым числом дислокаций. Затравка для выращивания монокристалла кварца содержит во всех вариантах выполнения базовую затравку и дополнительные элементы, механически соединенные с ней под углом α=90^o, или 90^o<α<180^o (I и II варианты), или под углом α=180^o (III вариант). При этом базовая затравка может иметь ZY или XY срез, а дополнительные элементы срез ZY или ZX либо YX для I варианта выполнения, YX или YZ либо ZX срез для II варианта, ZY или XY срез для III варианта или иметь двойниковые зоны для всех вариантов. Дополнительные элементы могут быть механически соединены с базовой затравкой встык или внахлест либо прикреплены к ней по два с боковых ее сторон по краям. Выполнение затравки составной в виде базовой затравки ZY или XY среза и дополнительных элементов с указанными выше срезами для трех вариантов и углами крепления позволяет независимо от размеров базовой затравки выращивать кристалл вдоль оси Х без ограничения по размерам (ограничение - только размерами автоклава), достаточным для промышленного применения, а также увеличивать по оси Y полезную бездислокационную зону в затравке. 3 с. и 35 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Затравка для выращивания монокристалла кварца, выполненная в форме трехсторонней, незамкнутой в направлении +Х области рамки из кристаллического кварца, основание которой имеет ZY срез, отличающаяся тем, что рамка выполнена составной из базовой затравки-основания и дополнительных элементов - боковых сторон, механически прикрепленных к краям базовой затравки, причем направления осей Y и Z базовой затравки и дополнительных элементов совпадают. 2. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы - боковые стороны рамки - механически прикреплены к краям базовой затравки-основания под углом α= 90^o. 3. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы - боковые стороны рамки - механически прикреплены к краям базовой затравки-основания под углом 90^o<α<180^o. 4. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют ZY срез. 5. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют YX срез. 6. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют ZХ срез. 7. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют зоны двойникования. 8. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 1, 2, 4-6, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют форму прямоугольника. 9. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют L-образную форму. 10. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют форму треугольника. 11. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы механически соединены с базовой затравкой встык. 12. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы механически соединены с базовой затравкой внахлест. 13. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в количестве двух с каждого края базовой затравки механически соединены с ее боковыми сторонами. 14. Затравка для выращивания монокристалла кварца, выполненная в форме трехсторонней, незамкнутой в направлении +Х области рамки из кристаллического кварца, основание которой имеет продольную ось, параллельную оси Y, отличающаяся тем, что рамка выполнена составной из базовой затравки-основания, имеющей XY срез, и дополнительных элементов - боковых сторон, механически прикрепленных к краям базовой затравки, причем направления осей Y и Z базовой затравки и дополнительных элементов совпадают. 15. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы - боковые стороны рамки - механически прикреплены к краям базовой затравки-основания под углом α= 90^o. 16. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы - боковые стороны рамки - механически прикреплены к краям базовой затравки-основания под углом 90^o<α<180^o. 17. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют YX срез. 18. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют ZХ срез. 19. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют YZ срез. 20. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют зоны двойникования. 21. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 14, 15, 17-19, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют форму прямоугольника. 22. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 14-19, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют L-образную форму. 23. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 14-19, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют форму треугольника. 24. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы механически соединены с базовой затравкой встык. 25. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы механически соединены с базовой затравкой внахлест. 26. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 14, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в количестве двух с каждого края базовой затравки механически соединены с ее боковыми сторонами. 27. Затравка для выращивания монокристалла кварца, выполненная в виде трех звеньев из кристаллического кварца, при этом продольная ось центрального звена параллельна оси Y, отличающаяся тем, что звенья выполнены отдельными в виде базовой затравки и соединенных с ней механически по краям дополнительных элементов, причем направления осей Y и Z базовой затравки и дополнительных элементов совпадают. 28. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что базовая затравка имеет ZY срез. 29. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что базовая затравка имеет XY срез. 30. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют ZY срез. 31. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют XY срез. 32. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительные элементы имеют зоны двойникования. 33. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 27-30, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют форму прямоугольника. 34. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 27-30, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют L-образную форму. 35. Затравка для выращивания монокристалла кварца по любому из пп. 27-30, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в сечении, перпендикулярном продольной оси базовой затравки, имеют форму треугольника. 36. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительные элементы механически соединены с базовой затравкой встык. 37. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительные элементы механически соединены с базовой затравкой внахлест. 38. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п. 27, отличающаяся тем, что дополнительные элементы в количестве двух с каждого края базовой затравки механически соединены с ее боковыми сторонами.