ЗАТРАВКА ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА КВАРЦА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК C30B7/10 C30B29/18 

Изобретение относится к средствам для выращивания монокристаллов из раствора с использованием растворителя и применением давления, в частности монокристаллов кварца гидротермальным методом на затравку, и может использоваться в химической промышленности.

Известна затравка, описанная в п. РФ. №2120502 "Способ получения синтетических монокристаллов кварца" по кл. С 30 В 7/10, 29/18, з. 10.09.96, оп. 20.10.98.

Известная затравка представляет собой кварцевую пластину ZY-среза, выпиленную из кварцевого монокристалла прямоугольной формы Y×X-208×67 соответственно, где торцевые поверхности, перпендикулярные Х-оси, параллельны грани тригональной призмы, и располагаемую в автоклаве кристаллографической осью Х вдоль его оси вверх растущей гранью отрицательной тригональной призмы.

Недостатком известной затравки является то, что, она, позволяя получать бесприсыпочные кристаллы кварца, не свободна от дислокаций.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является затравка, описанная в п. GB №1443835 по кл. B 01 J 17/04, 1976 г. и выбранная в качестве прототипа.

Известная затравка представляет собой пластину ZY-среза, основные растущие поверхности которой ориентированы кристаллографическими осями Х и Y поперек автоклава, а осью Z - вдоль вертикальной оси автоклава, при этом обращенная вверх поверхность затравочной пластины закрыта металлическим экраном L-образной формы, длинная "ножка" которого закрывает растущую широкую поверхность пластины и выходит за ее габариты с одной стороны, а короткая "ножка" закрывает торец пластины.

Недостатками известной затравки являются следующие: наращивание кристалла происходит только на обращенной вниз плоскости затравочной пластины, что в два раза уменьшает величину нарастающего слоя и объем кристалла; для получения кристалла больших размеров необходимо увеличивать длительность процесса кристаллизации, что приводит к значительному повышению энергозатрат; при снятии выросших кристаллов с экранов образуются сколы и не уменьшается число дислокаций.

Целью заявляемой затравки является повышение однородности монокристалла и сокращение срока его роста по оси Z.

Поставленная цель достигается тем, что:

- в первом варианте выполнения в затравке для выращивания монокристалла кварца, выполненной из пластины ZY-среза, ориентированной кристаллографической осью Х в горизонтальной плоскости, а одной из осей - в вертикальной плоскости и имеющей экран, который выполнен из материала, индифферентного к условиям гидротермального синтеза, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ затравка выполнена в виде прямоугольной, незамкнутой с одной стороны рамки, при этом кристаллографическая ось Z рамки также расположена в горизонтальной плоскости, а кристаллографическая ось Y - в вертикальной плоскости, причем ее центральная сторона, противоположная незамкнутой части и параллельная оси Y, с двух боковых сторон и с ее торца со стороны - Х закрыта экраном.

При этом края экрана могут доходить до начала боковых сторон рамки или до их конца;

- во втором варианте выполнения в затравке для выращивания монокристалла кварца, представляющей собой ориентированную кристаллографической осью Х в горизонтальной плоскости, а одной из осей - в вертикальной плоскости пластину ZY-среза, одна из сторон и торец которой со стороны +Х закрыты экраном, который выполнен из материала, индифферентного к условиям гидротермального синтеза, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ кристаллографическая ось Z пластины также расположена в горизонтальной плоскости, а кристаллографическая ось Y пластины - в вертикальной плоскости, вторая сторона пластины, расположенная вдоль кристаллографической оси X, также закрыта экраном, причем экраны с обеих сторон пластины, ориентированных вдоль кристаллографической оси Y, не доходят на одинаковое расстояние до краев пластины.

При этом в обоих вариантах экран может быть изготовлен из металла, фторопласта или стеклоуглерода.

Кроме того, затравки в обоих вариантах могут быть составленными из отдельных частей, скрепленных между собой механически, при этом оси Y и Z у всех частей должны совпадать, а место соединения центральной и боковых частей может находиться под экраном, вне экрана или по границе экрана.

В первом варианте выполнение затравки в виде незамкнутой в направлении +Х вдоль оси Y прямоугольной рамки в совокупности с расположением в горизонтальной плоскости осей Х и Z, по которым происходит основной рост кристалла, и экранированием противоположной незамкнутой ее части стороны рамки, в т.ч. ее торца с наружной стороны, делает экранированную часть рамки "ловушкой" для дислокаций, имеющихся в исходной затравке, обеспечивая в то же время рост в направлениях +Х, Z и -X при выходе за пределы экрана бездислокационного кристалла. Рост в обе стороны сокращает срок выращивания в 2 раза при достижении заданной толщины кристалла по оси Z.

Во втором варианте наличие экрана с обеих сторон Z поверхностей затравочной пластины вдоль оси Y, кроме ее краев, обеспечивает экранирование с обеих сторон растущих с дислокациями Z граней, создает при выходе за пределы экрана 3-стороннюю, незамкнутую со стороны +Х, рамку, позволяя использовать экранированные грани как "ловушки" для дислокаций, всегда присутствующих в исходной затравке, и дает возможность получить растущий в направлениях +Х, -X и Z бездислокационный кристалл.

Заявляемая затравка в обоих вариантах выполнения обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него:

- в первом варианте выполнением затравки в виде прямоугольной, незамкнутой с одной стороны рамки, расположением кристаллографической оси Z рамки в горизонтальной плоскости, а кристаллографической оси Y - в вертикальной плоскости и наличием на ее стороне, противоположной незамкнутой части и параллельной оси Y, с двух боковых сторон и с ее торца с наружной стороны (со стороны -X) индифферентного к условиям гидротермального синтеза экрана, ширина которого с обеих сторон по оси Y доходит или до начала боковых сторон рамки или до их конца, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата;

- во втором варианте - расположением кристаллографической оси Z пластины в горизонтальной плоскости, а кристаллографической оси Y пластины - в вертикальной плоскости, наличием на второй поверхности пластины, расположенной вдоль кристаллографической оси X, и ее торце со стороны +Х индифферентного к условиям гидротермального синтеза экрана, ширина которого с обеих сторон поверхностей пластины вдоль кристаллографической оси Y не доходит на одинаковое расстояние до их краев вдоль этой оси, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемая затравка в обоих вариантах ее выполнения может найти широкое применение для выращивания качественных кристаллов, а потому соответствует критерию "промышленная применимость".

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:

фиг.1 - первый вариант выполнения затравки;

фиг.2 - второй вариант выполнения затравки.

В первом варианте выполнения заявляемая затравка для выращивания монокристалла кварца содержит затравочную пластину 1 ZY-среза, кристаллографические оси Х и Z которой расположены в горизонтальной плоскости, а ось У - в вертикальной плоскости и выполненную в виде незамкнутой со стороны оси +Х прямоугольной рамки, а также экран 2. При этом экран 2 расположен на боковых сторонах и торце со стороны -X рамки и доходит до начала или до конца боковых сторон, расположенных вдоль оси Y (фиг.1а или 1б, в).

Во втором варианте выполнения заявляемая затравка для выращивания монокристалла кварца представляет собой пластину 1 ZY-среза, кристаллографические оси Х и Z которой расположены в горизонтальной плоскости, а ось Y - в вертикальной плоскости. Боковые стороны пластины в плоскостях, параллельных плоскости, в которой расположены оси Х и Z, и торец со стороны +Х закрыты экранами 2, не доходящими до краев пластины 1 вдоль оси Y на одинаковое расстояние.

Кроме того, затравки в обоих вариантах могут быть не монокристаллическими, а составленными из отдельных частей - 1' и 1", скрепленных между собой механически, в т.ч. сращиванием; при этом оси Y и Z у всех частей должны совпадать, а место соединения центральной и боковых частей может находиться под экраном 2, вне его или проходить по границе экрана 2.

В первом варианте в процессе роста экран 2 на первом этапе препятствует росту дислокации в направлении оси -X и Z, т.к. кристалл растет по оси +Х. На втором этапе кристалл выходит со стороны +Х за пределы экрана и начинает расти в направлении осей + X, -X и Z. При этом дислокации из исходной затравки в направлении -X и Z остаются под экраном 2.

Во втором варианте экран 2 на первом этапе препятствует росту дислокации в направлении осей Z и +Х и кристалл растет в направлениях +Х и -X без дислокаций; на втором этапе при выходе грани -X за пределы экрана кристалл растет в направлениях +Х, -X и Z без дислокации в направлении +Х и Z. Экран 2 служит как бы "ловушкой" для дислокаций, имеющихся в исходной затравке.

В сравнении с прототипом заявляемая затравка в обоих ее вариантах позволяет более быстро получить кристаллы без дислокаций.

Изобретение относится к средствам для выращивания монокристаллов из раствора с использованием растворителя и применением давления, в частности монокристаллов кварца гидротермальным методом на затравку, и может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретения: Затравка для выращивания монокристалла кварца выполнена из пластины ZY-среза, ориентированной кристаллографической осью Х в горизонтальной плоскости, а одной из осей - в вертикальной плоскости и имеющей экран, который выполнен из материала, индифферентного к условиям гидротермального синтеза, при этом затравка выполнена в виде прямоугольной, незамкнутой с одной стороны рамки, при этом кристаллографическая ось Z рамки также расположена в горизонтальной плоскости, а кристаллографическая ось У - в вертикальной плоскости, причем ее сторона, противоположная незамкнутой части и параллельная оси У, с двух боковых сторон и с ее торца со стороны -X закрыта экраном (1 вариант). Затравка для выращивания монокристалла кварца представляет собой ориентированную кристаллографической осью Х в горизонтальной плоскости, а одной из осей - в вертикальной плоскости пластину ZY-среза, одна из сторон и торец которой со стороны +Х закрыты экраном, который выполнен из материала, индифферентного к условиям гидротермального синтеза. Кристаллографическая ось Z пластины также расположена в горизонтальной плоскости, а кристаллографическая ось У пластины - в вертикальной плоскости, вторая сторона пластины, расположенная вдоль кристаллографической оси Х, также закрыта экраном из индифферентного материала, причем экраны с обеих сторон пластины, ориентированных вдоль кристаллографической оси У, не доходят на одинаковое расстояние до краев пластины (2 вариант). Технический результат изобретения заключается в повышении однородности получаемого монокристалла и сокращении срока его роста по оси Z. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Затравка для выращивания монокристалла кварца, выполненная из пластины ZY-среза, ориентированной кристаллографической осью Х в горизонтальной плоскости, а одной из осей - в вертикальной плоскости и имеющей экран, который выполнен из материала, индифферентного к условиям гидротермального синтеза, отличающаяся тем, что затравка выполнена в виде прямоугольной, незамкнутой с одной стороны рамки, при этом кристаллографическая ось Z рамки также расположена в горизонтальной плоскости, а кристаллографическая ось У - в вертикальной плоскости, причем ее сторона, противоположная незамкнутой части и параллельная оси У, с двух боковых сторон и с ее торца со стороны - X закрыта экраном.2. Затравка по п.1, отличающаяся тем, что края экрана доходят до начала боковых сторон рамки.3. Затравка по п.1, отличающаяся тем, что края экрана доходят до конца боковых сторон рамки.4. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.1, отличающаяся тем, что экран изготовлен из металла.5. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.1, отличающаяся тем, что экран изготовлен из фторопласта.6. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.1, отличающаяся тем, что экран изготовлен из стеклоуглерода.7. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена составной из отдельных частей, соединенных между собой механически.8. Затравка для выращивания монокристалла кварца, представляющая собой ориентированную кристаллографической осью Х в горизонтальной плоскости, а одной из осей - в вертикальной плоскости, пластину ZY-среза, одна из сторон и торец которой со стороны +Х закрыты экраном, который выполнен из материала, индифферентного к условиям гидротермального синтеза, отличающаяся тем, что кристаллографическая ось Z пластины также расположена в горизонтальной плоскости, а кристаллографическая ось У пластины - в вертикальной плоскости, вторая сторона пластины, расположенная вдоль кристаллографической оси Х, также закрыта экраном из индифферентного материала, причем экраны с обеих сторон пластины, ориентированных вдоль кристаллографической оси У, не доходят на одинаковое расстояние до краев пластины.9. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.8, отличающаяся тем, что экран изготовлен из металла.10. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.8, отличающаяся тем, что экран изготовлен из фторопласта.11. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.8, отличающаяся тем, что экран изготовлен из стеклоуглерода.12. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.8, отличающаяся тем, что она выполнена составной из отдельных частей, соединенных между собой механически.13. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.12, отличающаяся тем, что место соединения ее частей находится вне экрана.14. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.12, отличающаяся тем, что место соединения ее частей находится под экраном.15. Затравка для выращивания монокристалла кварца по п.12, отличающаяся тем, что место соединения ее частей проходит по границе экрана.