СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C30B15/02 C30B29/08 C30B29/64 G02B1/02 

Изобретение относится к способам выращивания монокристаллов германия из расплава и может быть использовано для выращивания монокристаллов германия в форме дисков, применяемых для изготовления оптических устройств.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ выращивания монокристаллов германия в форме диска для изготовления деталей ИК оптики, RU 2493297 С1 27.02.2012.

Согласно этому способу монокристалл выращивают на затравку в кристаллографическом направлении [111] после выдержки при температуре плавления в течение 1-2 ч. В способе применяется температурный градиент у фронта кристаллизации в пределах от 3,0 до 10,0 К/см. Способ позволяет вырастить необходимые монокристаллы, но не обеспечивает минимального уровня рассеяния лучистой энергии в связи с появлением в кристаллах на интенсивном скоростном режиме повышенной плотности дислокаций, скоплений дислокаций и участков поликристаллизации. А такие дефекты увеличивают рассеяние принимаемой лучистой энергии, что существенно снижает точность приема сигнала. Напоминающий этот способ был разработан на Запорожском титано-магниевом комбинате. Он реализовался на скоростях радиального разращивания монокристаллов на уровнях от 1,5 до 5,0 мм/мин при высоком переохлаждении расплава в области фронта кристаллизации и приводил к выращиванию монокристаллов с рассеянием до 10,0-12,0%, что значительно ухудшало действие систем приема излучения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа выращивания монокристаллов без скоплений дислокаций и поликристаллических участков и соответственно с величиной рассеиваемого инфракрасного излучения в пределах 1,0-2,0%.

Технический результат достигается за счет того, что для выращивания монокристаллов германия в форме диска с показателем рассеяния не более 1,0-2,0%, применяемых для изготовления объективов в устройствах регистрации инфракрасного излучения, монокристаллы выращиваются при переохлаждении на фронте кристаллизации в пределах 0,5-1,0 К и скорости радиального разращивания не более 0,5 мм/мин и температурном градиенте у фронта кристаллизации в пределах 3,0÷10,0 К/см.

При выращивании монокристаллов германия устанавливаются специальные тепловой и гидродинамический режимы (определенные температурные градиенты, скорости вытягивания из расплава и вращения кристаллов), обеспечивающие устойчивость плоского фронта кристаллизации, предотвращающего появление дислокаций.

Существенными отличиями заявляемого изобретения от прототипа, позволяющими достичь заявляемого технического результата, являются обеспечение за счет определенного размещения тигля, нагревателя и экранов и снижения мощности нагревателя в период затравления создания уровня переохлаждения на фронте кристаллизации не более 0,5-1,0 К, что ограничивает скорость радиального разращивания монокристалла величиной не более 0,5 мм/мин. При таком режиме с помощью регулировки мощности нагревателя обеспечивается уровень переохлаждения в районе фронта кристаллизации в пределах от 0,5 до 1.0 К. Затем в процессе выращивания монокристалла германия в кристаллографическом направлении [111] (или [100]) обеспечивается поддержание скорости разращивания в радиальном направлении не более 0,5 мм/ мин и температурного градиента у фронта кристаллизации в пределах (3,0-10,0) К/см, что обеспечивает выращивание монокристаллов с рассеянием принимаемого инфракрасного излучения на уровне не более 1,0-2,0% от общей мощности излучения.

Сущность изобретения

До начала процесса выращивания монокристалла германия расплав выдерживается в тигле при температуре плавления в течение 1-2 часов. Затем в процессе выращивания монокристалла германия в кристаллографическом направлении [111] (или [100]) обеспечивается поддержание скорости разращивания в радиальном направлении не более 0,5 мм/мин и температурного градиента у фронта кристаллизации в пределах 3,0÷10,0 К/см, что обеспечивает выращивание монокристаллов с рассеянием принимаемого инфракрасного излучения на уровне не более 1,0-2,0% от общей мощности излучения и плотности дислокаций в монокристаллах 2*10³-2*10⁴ на 1 см² (см. таблицу 1).

Промышленная применимость

Способ может применяться в организациях, имеющих оборудование для роста монокристаллов и их обработки. В частности, такой организацией является Межвузовская лаборатория кристаллизации Тверского государственного университета.

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов германия из расплава в форме диска и может быть использовано для изготовления объективов в устройствах обнаружения инфракрасного излучения. До начала процесса выращивания расплав германия выдерживают в тигле при температуре плавления в течение 1-2 ч. Затем осуществляют выращивание монокристаллов германия в кристаллографических направлениях [111] или [100] при переохлаждении на фронте кристаллизации в пределах 0,5-1,0 К, скорости радиального разращивания не более 0,5 мм/мин и температурном градиенте у фронта кристаллизации в пределах 3,0÷10,0 К/см. Изобретение позволяет получать монокристаллы германия с минимальным рассеянием принимаемого инфракрасного излучения не более 1,0-2,0% от мощности принимаемого сигнала.

Способ выращивания монокристаллов германия в форме диска с показателем рассеяния не более 1,0-2,0%, применяемых для изготовления объективов в устройствах регистрации инфракрасного излучения, отличающийся тем, что монокристаллы выращиваются при переохлаждении на фронте кристаллизации в пределах 0,5-1,0 К, скорости радиального разращивания не более 0,5 мм/мин и температурном градиенте у фронта кристаллизации в пределах 3,0÷10,0 К/см.