СПОСОБ СИНТЕЗА ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ZnGeP Российский патент 2024 года по МПК C30B29/10 C30B28/12 C30B35/00 

Объект патентного поиска относится к способам синтеза тройных полупроводниковых материалов, и может быть использован для получения монокристаллов с заданными характеристиками [C30B15/00, C30B23/06, C30B25/00, C30B29/10].

Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СИНТЕЗА ПОЛИКРИСТАЛЛА ФОСФИДА ЦИНКА ГЕРМАНИЯ [CN102060279 (A) - 2011-05-18], в котором раскрыто устройство и способ синтеза поликристалла фосфида цинка-германия. Способ включает стадии: равномерное измельчение и полное смешивание цинка и германия в весовой пропорции (1:1)-(1:1,1) по стехиометрии, помещение в синтезный тигель, размещение синтезного тигля в кварцевой ампуле, после чего кварцевую ампулу помещают в горизонтальную синтезную печь, многократно очищают аргоном высокой чистоты 3-5 раз, добавляют избыток фосфора в испаритель и отпаивают в среде аргона; непрерывно и медленно вводят аргон высокой чистоты, доводят температуру синтезного тигля до определенной постоянной температуры в интервале 400-900 град С, медленно нагревают испаритель для медленного испарения фосфора; и когда количество оставшегося фосфора в испарителе фосфора меньше, чем количество фосфора, осажденного в конденсаторе, осуществляется удаление нагревательного элемента из испарителя фосфора для снижения температуры испарителя ниже 10°С, затем осуществляется нагревание фосфора в конденсоре, фосфор в конденсоре медленно испаряется, при этом вводится аргон в конденсор. Устройство и способ, раскрытые в изобретении, обладают такими преимуществами, как высокая скорость синтеза, высокая чистота продукта, полнота реакции, высокий выход синтезируемого материала, безопасность, предотвращение взрыва и т.п.

Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СИНТЕЗА ПОЛИКРИСТАЛЛА ФОСФОРА ГЕРМАНИЯ ЦИНКА В ОДНОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБЛАСТИ [CN110219045 (A) - 2019-09-10], которое относится к устройству и способу синтеза поликристалла фосфора германия цинка в однотемпературной области. Устройство включает в себя движитель, вращающееся устройство, синтетическую внутреннюю трубу и нагревательную печь, исходные материалы P, Zn и Ge взвешивают в соответствии со стехиометрическим соотношением ZGP и помещают в эту синтетическую внутреннюю трубу, а трубка запаивается в вакууме, синтетическую внутреннюю трубу соединяют с роторным движителем и помещают во входной конец нагревательной печи, температуру на этом входном конце зоны нагрева в печи повышают до 520 град. толкают в зону нагрева с помощью вращающегося движителя, скорость движения регулируют для обеспечения того, чтобы давление пара, создаваемого сублимацией Р во внутренней трубе синтеза, повышалось с относительно небольшой скоростью и чтобы пар Р имел достаточное время реакции с цинком; после того, как синтезная камера вся вставлена в зону нагрева, температура в зоне нагрева медленно поднимается до 1060 град С, синтезная камера медленно вращается поворотным движителем, так что бы сырье полностью прореагировало при синтезе поликристаллического ZGP. Процесс получения ZGP является управляемым, и стехиометричность однофазного кристалла фосфора германий-цинка является высокой. Недостатком приведенного способа синтеза является малая масса синтезируемого вещества за один процесс ~ 50 г, что для роста одного монокристалла требует большого количества синтезных процессов (порядка 10-15) и большого расхода кварцевых ампул и прочих расходных материалов, что значительно повышает себестоимость синтезируемого материала.

Также из уровня техники известен процесс синтеза ZnGeP₂ описанный в [Verozubova, G.A.; Gribenyukov, A.I.; Korotkova, V.V.; Ruzaikin, M.P. ZnGeP2synthesis and growth from melt// Materials Science and Engineering: B. 1997 V.B48. P. l9l-197.], в котором получение поликристаллического ZnGeP₂ осуществляется модифицированным двух температурным методом синтеза. Zn и Ge помещается в горячую зону синтезной печи, а P - в холодную зону. Фосфор отделен от металлов вставкой из кварцевого стекла, и его положение соответствовало холодной зоне печи. В ходе процесса синтеза реализовывалась следующая последовательность температурных режимов: 1. Одновременный нагрев горячей зоны до 1010°C и холодной зоны до 520°C; 2. Выдержка в течение 2 часов; 3. Холодная зона нагревается до 1010°C; 4. Одновременный нагрев горячей зоны до 1050°C и холодной зоны до 1060°C. Нагрев реактора от комнатной температуры до1050-1060°C занимает 8-9 ч-; 5. Выдержка в течение 6-8 часов; 6. Кристаллизация расплава ZnGeP₂ со скоростью 1-2°/ч. Основной сложностью в получении поликристаллического ZGP без присутствия бинарных фосфидов цинка является образование паров Zn и их диффузия в холодную зону синтезной печи, где происходит образования фосфида Zn (ZnP₂). Для предотвращения диффузии Zn в рассматриваемом процессе температура холодной зоны и общее давление P были оптимизированы. Были определены экспериментальные условия, при которых газовая диффузия Zn минимальна. В этих условиях температура горячей зоны составляет 1010°C (давление чистого Zn составляет 2,58 атм), а температура холодной зоны составляет 510-520°C (давление P составляет 8,3-10,5 бар). Фосфор полностью вступает в реакцию в течение 2-3 ч при общем весе шихты 500 г. Существенным недостатком описанного метода синтеза является повышенное давление фосфора, приводящее к повышенному риску взрыва, а также не полное предотвращение диффузии цинка в холодную зону, за счет чего не удается полностью предотвратить конденсацию фосфидов цинка, что приводит к отклонениям от стехиометрии синтезируемого поликристалла.

Наиболее близким к заявленному является способ синтеза поликристаллов ZnGeP2, описанный в статье T.Y Wang et al, A new single step process for synthesis and growth of ZnGeP2 crystal (J. of Chinese Inst. of Chem. Eng., 2008, v. 39, p.p. 85-387), включающий загрузку в реактор (кварцевую ампулу) контейнера для поликристалла (тигля) с Zn и Ge, взятыми в эквиатомном отношении, и контейнера с красным фосфором, взятым в количестве сверх стехиометрического, присоединение реактора с загрузкой к вакуумной системе, вакуумирование, отпайку реактора от вакуумной системы по окончании вакуумирования; помещение реактора с размещенными в нём компонентами в установку для синтеза, выполненную в виде термически устойчивой печи, таким образом, чтобы в горячей зоне находился контейнер для поликристалла, а в холодной - контейнер с фосфором, поддержание профиля температуры в указанных зонах на постоянном уровне в течение двух часов, последующий подъём температур в указанных зонах и гомогенизационную выдержку содержимого реактора, по окончании которой проводят направленное охлаждение для формирования первичного поликристаллического слитка ZnGeP2 (см. разделы 2. Experimental, 3. Results and discussion, абзац 1). Существенным недостатком описанного метода синтеза является наличие разложения фосфидов и существенная вероятность их обратного переноса.

Техническим результатом изобретения является предотвращение разложения фосфидов и исключение их обратного переноса.

Заявленный технический результат достигается за счет того, cпособ синтеза поликристаллов ZnGeP₂, включающий загрузку в реактор контейнера для поликристалла с Zn и Ge, взятыми в эквиатомном отношении, и контейнера с красным фосфором, взятым в количестве сверх стехиометрического, присоединение реактора с загрузкой к вакуумной системе, вакуумирование и последующую отпайку реактора от вакуумной системы, помещение его в установку для синтеза, выполненную в виде термически устойчивой печи, таким образом, чтобы в горячей зоне находился контейнер для поликристалла, а в холодной - контейнер с фосфором, поддержание профиля температуры в указанных зонах на постоянном уровне в течение двух часов, последующий подъём температур в указанных зонах и гомогенизационную выдержку содержимого реактора, по окончании которой проводят направленное охлаждение для формирования первичного поликристаллического слитка ZnGeP₂, отличающийся тем, что предварительно готовят сплав эквиатомного состава, содержащий, ат. %: 50 Zn и 50 Ge, для чего в горячую зону реактора устанавливают и закрепляют контейнер для поликристалла с указанными исходными чистыми металлами; в градиентную зону реактора устанавливают контейнер-дроссель с наполнителем, пропускающим газ, но непрозрачный для света; в холодную зону устанавливают контейнер с красным фосфором в указанном количестве для обеспечения формирования давления, предотвращающего диссоциацию расплава ZnGeP₂ после его синтеза, к загруженному реактору приваривают крышку с технологической трубкой для присоединения к вакуумной системе, после вакуумирования реактор с загрузкой устанавливают в термическую установку с регулируемо-изменяемым профилем температуры, температуру горячей зоны поднимают до точки плавления металлического Zn, одновременно с этим нагревая холодную зону до 50-60°С, далее металлические компоненты перемешивают путём вращения реактора вокруг своей оси для растворения твердого Ge в Zn и формирования сплава, после прогрева реактора с загрузкой до температуры 110-115°C и выдержки в течение 1-1,5 ч реактор отпаивают от вакуумной системы, в установке для cинтеза формируют профиль температуры холодной зоны 510-520°C и горячей зоны 1005-1010°C, после выдержки температуру в горячей зоне поднимают за 50-70 мин до 1050-1055°C, а температуру холодной зоны повышают до 1060-1065°C, превышающей точку плавления ZnGeP₂, причём гомогенизационную выдержку проводят в течение 8-12 ч._.

В частности, к загруженному реактору приваривают крышку с технологической трубкой из плавленого кварца.

В частности, осуществляют подъем температуры горячей зоны до точки плавления металлического Zn до 420°С.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1. Схема реактора для проведения синтеза.

Фиг. 2. Последовательность профилей температуры при реализации процесса синтеза соединения ZnGeP₂.

На фиг. 1. показаны: 1 - реактор, 2 - контейнер для фосфора, 3 - фосфор, 4 - контрейнер-дроссель с наполнителем, 5 - контейнер для поликристалла, 6 - сплав ZnGe, 7 - световой барьер, 8 - насос.

Осуществление изобретения

Способ синтеза поликристаллического ZnGеP₂ реализуется при помощи реактора 1, представляющий собой цилиндрическую колбу, изготавливаемую из жаропрочного стекла, внутри которой последовательно смонтированы контейнер для фосфора 2, внутри которого, в свою очередь, заложен фосфор 3, контрейнер-дроссель с наполнителем 4, предназначенный для создания теплового буфера между горячей и холодной зонами, контейнера для поликристалла 5, внутри которого заложен сплав ZnGe 6, световые барьеры 7, выполненные из непрозрачной керамики для нарушения оптической передачи тепла между контейнером для фосфора 2 и контейнером для поликристалла 5. Насос 8, смонтированный с реактором 1, использован для вакууммирования реактора 1 с загрузкой.

Способ синтеза поликристаллического ZnGеP₂ проводится следующим образом.

Предварительная подготовка синтез-процесса включает в себя следующие операции:

1. Изготовление из плавленого кварца следующих изделий:

- реактора 1 и крышки с технологической трубкой, предназначенной для вакууммирования реактора 1 с загрузкой;

- контейнера для поликристалла 5, предназначенного для размещения исходных чистых металлических компонент, которые после реакции с фосфором превращаются в тройное соединение ZnGeP₂,

- контейнера-дросселя с наполнителем 4, предназначенного для создания между контейнером для поликристалла 5 и контейнером для фосфора 2 тепловой пробки, препятствующей теплообмену между контейнером для поликристалла 5 и контейнером для фосфора 2 посредством излучения, что обеспечивается заполнением контейнера-дросселя с наполнителем 4 инертным наполнителем, рассеивающим излучение (ВТ керамика, дробленый и затем спеченный кварц, гранулы из кварца).

- контейнера для фосфора 2, предназначенного для размещения фосфора в количестве необходимом для формирования соединения ZnGeP₂ стехиометрического состава и поддержания в реакторе 1 паровой атмосферы равновесной с расплавом ZnGeP₂ при температуре расплава после синтеза соединения,

2. Подготовка загрузок эквиатомного сплава: Zn(50 ат. %) - Ge(50 ат. %).

Для получения необходимого количества ZnGeP₂ массы компонент должны рассчитываться согласно следующему хорошо известному соотношению:

m_ZnGeP2/ m_Zn/ m_Ge/ 2m_P= 199.96 / 65.38 / 72.63 / 61.9486

- где m_ZnGeP2, m_Zn, m_Ge, m_P - грамм-молекулярные и грамм-атомные веса для ZnGeP₂, Zn, Ge, P соответственно, а

- m_ZnGeP2 масса соединения ZnGeP₂ которое должно быть синтезировано в результате проведения процесса,

- m_Zn, m_Ge, m_P массы чистых элементарных компонент, которые необходимо загрузить в реактор, чтобы получить массу m_ZnGeP2 соединения ZnGeP₂ в виде расплава (или в твердом виде) с номинально стехиометрическим составом.

Рабочие формулы для расчета масс загрузки для синтеза соединения ZnGeP₂ также хорошо известны:

m_Zn = 0,327001074 * m_ZnGeP2, m_Ge = 0,36311776 * m_ZnGeP2, m_P = 0,309881165 * m_ZnGeP2.

Однако для подготовки соединения ZnGeP₂ стехиометрического состава над расплавом синтезированного соединения требуется создать равновесное давление пара, которое обеспечивается наиболее летучим компонентом - в нашем случае доминирующим компонентом пара является фосфор в виде молекул Р₄.

Давление фосфора должно соответствовать давлению диссоциации расплава ZnGeP₂ при температуре горячей зоны на финальной стадии синтеза, что обеспечивается добавкой фосфора Δm_P4 к загрузке стехиометрического состава.

Масса добавки фосфора Δm_P4 на паровую фазу, равновесную с расплавом по окончании синтеза соединения ZnGeP₂, рассчитывается согласно уравнению состояния идеального газа:

Δm_P4 = M_P4*(P * Vсвоб) / (R / T),

где P - давление, R - газовая постоянная, T- температура, MP₄ - грамм-молекулярный вес фосфора.

В качестве рабочей формулы можно использовать следующую:

Δm_Р4 = 1,49*10^-5 *P[Па]*Vсвоб[см³]/ Т [K]

«Свободный объем реактора» - Vсвоб представляет собой сумму полного объема реактора Vреакт с объемом технологической крышки Vкрышки, обеспечивающей отсутствие теплового контакта компонент загрузки с пламенем газовой горелки при отпайке реактора, за вычетом объема соединения ZnGeP₂ после его синтеза и объема материалов контейнеров:

Vсвоб = Vреакт+Vкрышки. - М_ZnGeP2/d_ZnGeP2- (Vконт5+Vконт2+V*конт3)

где d_ZnGeP2 = 4,158 [г/см3]- плотность соединения ZnGeP₂ , а М_ZnGeP2/d_ZnGeP2- объем соединения ZnGeP₂ после его синтеза, Vконт5 и Vконт2 - собственные объемы материала контейнера для поликристалла 5 и контейнера для фосфора 2, а V*конт3 -собственный объем материала контейнера-дросселя с наполнителем 4 в сумме с объемом наполнителя рассеивающего излучение.

Ошибки в определении свободного объема порождаются в процессе отпайки загруженного, а затем и вакуумированного реактора. Абсолютное значение ошибки, как правило, не превышает 5 см³, что пренебрежимо по сравнению с полным объемом реактора, который превышает 500 см³.

3. Загрузка контейнера для поликристалла 5 металлическими компонентами - эквиатомный сплав Zn и Ge - квалификация - ОСЧ 6-9, в количествах, рассчитанных из строго стехиометрического соотношения; загрузка контейнера для фосфора 2 красным фосфором P₄ в количестве, рассчитываемом из стехиометрического соотношения и добавки, обеспечивающей формирование давления, предотвращающей диссоциацию расплава соединения ZnGeP₂ после его синтеза. Затем в реактор 1 размещают последовательно контейнер для поликристалла 5 в горячую зону реактора, потом контейнер-дроссель с наполнителем 4, формирующий тепловую пробку теплообмену между контейнером для поликристалла 5 и контейнером для фосфора 2. К загруженному реактору на кварцедувном посту приваривается крышка с технологической трубкой из плавленого кварца. Реактор с загрузкой присоединяется к вакуумной системе и откачивается до предельно достижимого вакуума. Производится установка реактора с загрузкой в термическую установку с регулируемо-изменяемым профилем температуры.

4. Подъем температуры горячей зоны (зона металлических компонент) до точки плавления металлического Zn (420^оС), проводят одновременно нагрев холодной зоны фосфора до 50-60^оС (диапазон температуры обосновывается тем, что соответствует давлению фосфора 0,25 атм.), чтобы подавить диффузию атомов цинка из горячей зоны (зона металлических компонент) в холодную зону фосфора; начало перемешивания металлических компонент (растворение твердого Ge в Zn) путем вращения реактора вокруг его оси. Последовательность профилей температуры при реализации процесса синтеза соединения ZnGeP₂ приведена на фиг.2. Начало химического взаимодействия паровой фазы (фосфор) с расплавом, при этом низкое давление пара фосфора создает условия для формирования фосфида цинка с низким содержанием фосфора:

3Zn( ж.)+ 1/2P₄(г.)→ Zn₃P₂(тв.)

Отпайка реактора от вакуумной системы производится после прогрева реактора с загрузкой до температуры 110-115°C с последующей выдержкой в течение 1-1.5 часов (указанные диапазоны времени и температуры обосновываются тем, что они достаточны для отгонки остаточной влаги, увеличение температуры и времени не целесообразно, так как не улучшает процесс отгонки остаточной влаги).

По окончании вакуумирования загрузки, реактор с размещенными в нем компонентами помещается в установку для синтеза, представляющую собой термическое устройство (печь), обеспечивающее получение осевых температурных профилей с двумя независимо регулируемыми «полками» температуры, с гладким непрерывным распределением температуры на переходном (градиентном) участке.

В установке для cинтеза формируется профиль температуры холодной зоны 510÷520°C и горячей зоны 1005÷1010°C. Сформированный профиль температуры поддерживается в рабочих зонах на постоянном уровне в течение 2 часов. Указанные границы температуры и времени необходимы для реализации нижеуказанных химических реакций. Уменьшение или увеличение значений границ диапазонов не позволит протекать нижеуказанным реакциям с требуемым для синтеза поликристалла качеством.

В течение этапа-выдержки реактора с компонентами загрузки - фосфор реагирует с металлическими компонентами и практически весь связывается в промежуточные соединения-фосфиды цинка:

Zn(ж.) + ½P4(г.) → ZnP₂(тв.)

3Zn(ж.)+½P₄(г.)→ Zn₃P₂(тв.)

Ge(тв.)+ ¼P₄(г.)→GeP( тв.)

свободный фосфор остается в реакторе только в паровой фазе.

Образующийся бинарный фосфид цинка с малым содержанием фосфора (Zn₃P₂(тв.)), взаимодействуя с паром фосфора, может превращаться в дифосфид цинка - ZnP₂(тв.):

Zn₃P₂(тв.) + P4(г) ↔ 3ZnP₂(тв.).

Образование нормального полно валентного тройного соединения ZnGeP₂ происходит главным образом за счет протекания прямой объемной реакции молекул дифосфида цинка с атомами германия:

ZnP₂(тв.) + Ge(к) ↔ ZnGeP₂(тв.)

Возможны, т.е. термодинамически не запрещены, трехчастичные реакции двух компонент расплава с парообразным фосфором:

Zn₃P₂(к) + 3GeP(к) + 1/4P4(г) ↔ 3ZnGeP₂(к)

Zn₃P₂(к) + 3Ge(к) + P4(г) ↔ 3ZnGeP₂(к)

Эти реакции, протекающие с участием пара фосфора, могут осуществляться только при выполнении двух условий:

- на поверхности расплава, куда имеется свободный доступ пара фосфора;

- если давление пара фосфора превышает давление диссоциации соединений, образовавшихся в горячей зоне реактора.

Чтобы предотвратить разложение фосфидов на компоненты и их обратный перенос из горячей зоны в холодную зону реактора, профиль температуры в установке изменяют. После двухчасовой выдержки, температуру горячей зоны синтеза поднимают за 50-70 минут от 1005÷1010°C до значений 1050-1055°C. Температуру холодной зоны повышают до уровня, превышающего точку плавления соединения ZnGeP₂ до значений1060-1065°C. Указанные диапазоны времени и температуры предотвращают разложение фосфидов на компоненты и их обратный перенос, использование значений ниже указанных не позволит этого добиться, использование значений выше указанных не целесообразно из-за того, что увеличение параметров времени и температуры не помогут улучшить реализацию указанного процесса.

После содержимое реактора подвергают гомогенизационной выдержке в течение 8-12 часов с целью придания полученному расплаву однородного распределения компонент и, соответственно, свойств (использование значение времени менее 8 часов не гарантирует наличия однородного распределения компонент, использование значения времени более 12 часов не целесообразно, так как не это не улучшит однородность распределения компонент).

По окончании гомогенизационной выдержки, расплав в реакторе подвергается направленному охлаждению с целью формирования первичного поликристаллического слитка соединения ZnGeP₂. Реактор с содержимым, помещенный в специализированную посуду, заполненную концентрированной азотной кислотой, разбивается с одного из краев и заполняется кислотой. При этом остатки красного фосфора в реакторе, формирующие паровую фазу над расплавом ZnGeP₂ по окончанию процесса кристаллизации синтезированного соединения, взаимодействуют с азотной кислотой (сильный окислитель) и переходят в состояние орто- или мета- ангидридов, с последующим растворением в воде и формированием соответствующих орто- или мета-фосфорных кислот. После тщательной промывки и просушки поликристаллический материал готов для последующих технологических операций.

Затем в реакторе 1 размещают последовательно контейнер для поликристалла 5 в холодную зону реактора, потом контейнер-дроссель с наполнителем 4, формирующий тепловую пробку теплообмену между контейнером для поликристалла 5 и контейнером для фосфора 2.

Технический результат - предотвращение разложения фосфидов и исключение их обратного переноса, достигается за счет того, что предварительно готовится сплав эквиатомного состава, в дополнение к контейнеру для поликристалла 5 (в котором размещают исходные чистые металлические компоненты для приготовления эквиатомного сплава ZnGe) и контейнеру для фосфора 2 (заполненного красным фосфором) изготавливается контейнер-дроссель с наполнителем, назначение которого - создание теплового буфера между горячей и холодной зонами, что достигается, разрушением оптической связи между контейнером для поликристалла 5 и контейнером для фосфора 2, загрузка синтезного реактора осуществляется в следующей последовательности:

- сначала в высокотемпературную зону реактора устанавливается и закрепляется контейнер для поликристалла 5, с заранее рассчитанным количеством ZnGe;

- затем в градиентную зону реактора устанавливается пористый, пропускающий газ, но непрозрачный для света контейнер-дроссель с наполнителем 4, нарушающий оптическую связь между контейнером для поликристалла 5 и контейнером для фосфора 2, расположенными в горячей и холодной зонах, соответственно;

- в холодную зону устанавливается контейнер для фосфора 2 с красным фосфором, количество которого рассчитывается согласно стехиометрии соединения ZnGeP₂ с добавкой, рассчитанной на создание паровой фазы с давлением равным давлению диссоциации соединения при температуре горячей зоны (зоны синтеза). Форма контейнеров и их крепление в реакторе представлены на фиг. 1.

Пример реализации.

Эффект от применения: использование разработанного процесса синтеза соединения ZnGeP₂ позволило повысить порог оптического пробоя монокристаллов ZnGeP₂, выращенных из синтезированного поликристаллического соединения на 30-40 % за счет того, что удалось добиться высокой стехиометричности состава и свести к минимуму присутствие остаточных бинарных фосфидов в монокристалле. Повышение порога оптического пробоя кристаллов ZGP₂ позволяет создавать на их основе более мощные и надежные источники когерентного излучения среднего ИК и ТГц диапазона.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых материалов. Сначала готовят сплав эквиатомного состава, содержащий, ат.%: 50 Zn и 50 Ge, для чего в горячую зону реактора 1 устанавливают и закрепляют контейнер 5 для поликристалла с указанными исходными чистыми металлами. В градиентную зону реактора 1 устанавливают контейнер-дроссель 4 с наполнителем, пропускающим газ, но непрозрачным для света. В холодную зону устанавливают контейнер 2 с красным фосфором 3, взятым в количестве сверх стехиометрического, для обеспечения формирования давления, предотвращающего диссоциацию расплава ZnGeP₂ после его синтеза. К загруженному реактору 1 приваривают крышку с технологической трубкой из плавленого кварца для присоединения к вакуумной системе, вакуумируют его с помощью насоса 8. Температуру горячей зоны поднимают до точки плавления металлического Zn, составляющей 420°С, одновременно с этим нагревая холодную зону до 50-60°С. Компоненты перемешивают путём вращения реактора 1 вокруг своей оси для растворения твердого Ge в Zn и формирования сплава 6. После прогрева реактора 1 с загрузкой до температуры 110-115°C и выдержки в течение 1-1,5 ч его отпаивают от вакуумной системы и помещают в установку для синтеза, выполненную в виде термически устойчивой печи с регулируемо-изменяемым профилем температуры, таким образом, чтобы в горячей зоне находился контейнер 5 для поликристалла, а в холодной - контейнер 2 с фосфором 3. В установке для cинтеза формируют профиль температуры холодной зоны 510-520°C и горячей зоны 1005-1010°C. Такой профиль температуры в указанных зонах поддерживают на постоянном уровне в течение двух часов. Затем температуру в горячей зоне поднимают за 50-70 мин до 1050-1055°C, а температуру холодной зоны повышают до 1060-1065°C, превышающей точку плавления ZnGeP₂, и проводят гомогенизационную выдержку содержимого реактора в течение 8-12 ч. После этого проводят направленное охлаждение для формирования первичного поликристаллического слитка ZnGeP₂. Изобретение позволяет предотвратить разложение фосфидов и исключить их обратный перенос. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

1. Способ синтеза поликристаллов ZnGeP₂, включающий загрузку в реактор контейнера для поликристалла с Zn и Ge, взятыми в эквиатомном отношении, и контейнера с красным фосфором, взятым в количестве сверх стехиометрического, присоединение реактора с загрузкой к вакуумной системе, вакуумирование и последующую отпайку реактора от вакуумной системы, помещение его в установку для синтеза, выполненную в виде термически устойчивой печи, таким образом, чтобы в горячей зоне находился контейнер для поликристалла, а в холодной - контейнер с фосфором, поддержание профиля температуры в указанных зонах на постоянном уровне в течение двух часов, последующий подъём температур в указанных зонах и гомогенизационную выдержку содержимого реактора, по окончании которой проводят направленное охлаждение для формирования первичного поликристаллического слитка ZnGeP₂, отличающийся тем, что предварительно готовят сплав эквиатомного состава, содержащий, ат.%: 50 Zn и 50 Ge, для чего в горячую зону реактора устанавливают и закрепляют контейнер для поликристалла с указанными исходными чистыми металлами; в градиентную зону реактора устанавливают контейнер-дроссель с наполнителем, пропускающим газ, но непрозрачным для света; в холодную зону устанавливают контейнер с красным фосфором в указанном количестве для обеспечения формирования давления, предотвращающего диссоциацию расплава ZnGeP₂ после его синтеза, к загруженному реактору приваривают крышку с технологической трубкой для присоединения к вакуумной системе, после вакуумирования реактор с загрузкой устанавливают в термическую установку с регулируемо-изменяемым профилем температуры, температуру горячей зоны поднимают до точки плавления металлического Zn, одновременно с этим нагревая холодную зону до 50-60°С, далее металлические компоненты перемешивают путём вращения реактора вокруг своей оси для растворения твердого Ge в Zn и формирования сплава, после прогрева реактора с загрузкой до температуры 110-115°C и выдержки в течение 1-1,5 ч реактор отпаивают от вакуумной системы, в установке для cинтеза формируют профиль температуры холодной зоны 510-520°C и горячей зоны 1005-1010°C, после выдержки температуру в горячей зоне поднимают за 50-70 мин до 1050-1055°C, а температуру холодной зоны повышают до 1060-1065°C, превышающей точку плавления ZnGeP₂, причём гомогенизационную выдержку проводят в течение 8-12 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что к загруженному реактору приваривают крышку с технологической трубкой из плавленого кварца.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подъем температуры горячей зоны осуществляют до точки плавления металлического Zn до 420°С.