Способ получения монокристаллов титаната висмута Советский патент 1989 года по МПК C30B15/04 C30B29/32 

1

Изобретение относится к получению высокосовершенных монокристаллов ти- таната висмута со структурой силле- нита, применяющихся в оптических устройствах типа PROM (пространственно- временные модуляторы света).

Целыо изобретения является повышение фоточувствительности и оптической однородности монокристаллов при исключении температурного гашения фототока в области комнатной температуры .

На чертеже изображена температурная зависимость величины фототока, где номера позиций отвечают соответственно: 1 - кристалл без добавок и

без отжига (б/о) в вакууме; 2 - легированный Bi24AlP04o 2 мас.%; 3 - легированный ZnO 0,1 мас.%, б/о; 4 - легированный 0,1 мас.% ZnO, отожженный в вакууме г2-10 торр, при Т 5 - легированный 1,0 мас.% Bi24BV04o или «ли и отожженные в вакууме 2.10 торр при 700 - 740 С; 6 - легированный Bi24CrV04o .О и отожженный в аргоне при Т 750 С; 7 - легированный Bi24FeV04o 5,0 мас.% и отожженный в азоте при 730 С.

Пример 1 (сравнительный). Шихту, содержащую 99,1 мас.% (ОСЧ 13-3) и 0,9 мас,% TiOz (ОСЧ 5,

и

ОЭ

оо

CD

00

41

в количестве 400 г 397,3 г BijO, и

2.7гр TiOg) смешивают с ZnO, взятом в количестве 0,08 г (0,02 мас.%),

при комнатной температуре в агатовой ступке и затем помещают в цилиндрическом платиновом тигле в печь для выращивания. Выращивание монокристалла проводят катодом Чохрапьского при скорости вытягивания 0,1 мм/ч и ско- рости вращения затравки 20 об/мин. Полученные 1« нокристаллы светло-коричневого цвета диаметром 15-20 мм и длиной 40-60 мм отжигают 480° С в течение 10 ч в атмосфере аргона (А). Данные локального рентгеноспект- рального анализа (ЛРСА) показывают наличие включений посторонних, фаз (,, Pt) , что говорит о низкой оптической однородности материала (не- однородность показателя преломления й.п 4- ). Значения фоточувствительности монокристалла при комнатной температуре дано в таблице, при этом температурное гашение фототока сохраняется.

П р и м е р 2. Шихту, содержащую 98,8 масЛ , и 1,2 мас.% TiO, в количестве 400 г (395,2 г и

4.8г TiO) смешивают с ZnO , взятом в количестве 0,2 г (0,05 мас.%), при комнатной температуре в агатовой ступке и затем помещают в цилиндрическом платиновом тигле в печь для вырапщвания. Вьфащивание проводят методом Чокральского при скорости вытягивания 0,3 мм/ч и при скорости враГу щения затравки 30 об/мин. Получают монокристаллы светло-коричневого цвета диаметром 15-20 мм и длиной 60- 80 мм, которые затем отжигают в вакууме 2 то.рр при 600 С в течение 8,5 ч. Микрорентгеноспектральные исследования показывают отсутствие посторонних включений в кристалле. По измеренным данным фоточувствительности температурное гашение фототока в кристалле отсутствует. Значение фоточувствительности монокристалла и оптической однородности при комнатной температуре дано в таблице.

Пример 3. Шихту, содержащую 97,6 мас.% Hi.0, и 2,3 мас.% TiO, в количестве 400 г 360,8 г , и 9,2 TiO) смешивают с ZnO, взятом в количестве 2,0 г (0,5 мас.%), при комнатной температуре в агатовой ступке и затем помещают в цилиндрическом платиновом тигле в печь для

5 0

Q Q

5

0

выращивания. Выращивание монокристалла проводят методом Чохральского при скорости вытягивания 2,0 мм/ч и скорости вращения затравки 100 об/мин. Получают монокристаллы бледно-зеленого цвета диаметром 15-20 мм и длиной 60-80 мм, которые затем отжигают в инертной атмосфере азота (Nj) при 600°С в течение 6 ч. Данные локального рентгеноспектрального анализа подтверждают оптическую однородность монокристаллов. Температурное гашение фототока в исследуемых кристаллах отсутствует. Фоточувствительность кристалла составляет 810 Дж/см (без отжига .1,0-10 Дж/см ) .

Пример 4. Шихту, содержащего 98,5 мас.% , и 1,5 мас.% TiO, в количестве 400 г (394 г Bi 0, и 6,0 г TiO) смешивают с ZnO, взятом в количестве 4,0 г (,0 мас.%), при комнатной температуре в агатовой ступке и затем помещают в цилиндрическом платиновом тигле в печь для выращивания. Вьфащивание монокристалла .проводят методом Чохральского при скорости вытягивания 0,5 мм./ч и скорости вращения затравки 50 об/мин. Получают монокристаллы бледно-коричневого оттенка диаметром 15-20 мм и длиной 60-80 мм, которые затем отжигают в инертной атмосфере гелия (Не) при 750 С в течение 1,5 ч. Оптическую однородность монокристаллов подтверждают данные рентгенос пектрального анализа (см.таблицу). Температурное гашение фототока в исследуемых кристаллах отсутствует. Значение фоточувствительности при комнатной температуре приведено в таблице.

Пример 5 (сравнительный). Шихту, содержащую 98,0 мас.% Bi-jO, и 2,0 мас.% Ti02, в количестве 400 г (392 г Bi,i,0, и 8,0 г TiO) смешивают с ZnO, взятом в количестве 4,8 г (1,2 мас.%), при комнатной температуре в агатовой ступке и затем помещают в цилиндрическом платиновом тигле впечь для выращивания. Выращивание кристаллов проводят в печи методом Чохральского при скорости вытягивания 2,0 мм/ч и скорости вращения затравки 100 об/мин. Получают кристаллы зеленого оттенка диаметром I5- 20 мм и длиной 60-80 мм, которые затем отжигают в инертной атмосфере азота (N) при 680°С в течение 2,5 ч. По данным рентгеноспектрального ана2

Оэ и 6,Or

взятом

лиза в кристаллах присутствуют посторонние включения в виде ZnO и Ft, тем самым нарушается оптическая однородность материала, in 4,3-10 . При этом фоточувствительность кристаллов заметно снижается (см,таблицу) .

П р и м е р 6. Шихту, содержащую 98,5 мас.% BijO, и 1,5 мас./t TiO,.. в количестве 400 г 394 г Bi TiOj) смешивают с в количестве 20 г (5,0 мас.%), при комнатной температуре в агатовой ступке и затем помещают в цилиндрическом платиновом тигле в печь для выращивания. Выращивание монокристалла проводят методом Чохральского при скорости вытягивания 0,5 мм/ч и скорости вращения затравки 50 об/мин. Получают монокристаллы диаметром 15- 20 мм и длиной 80-70 мм, которые затем отжигают в вакууме 6210 торр при 750°С в течение 2 ч. Отсутствие включений в кристаллах подтверждает- ся данными рентгеноспектрального анализа об однородном распределении ком

понентов по поверхности различных сечений кристаллов (ЛРСА). Фоточувстви- тельность кристаллов приведена в таблице, а температурное гашение фототока отсутствует.

Примеры с остальными элементовя- надатами висмута ) {где Э - В, А1, Ga, Fe, Cr) аналогичны. Данные по ним сведены в таблицу.

Из таблицы следует, что применение предлагаемого способа получения монокристаллов позволяет повысить фоточувствительность (на 2-3 порядка по сравнению с без легирующих добавок и без отжига и на 1-2 порядка по сравнению с прототипом) монокристаллов и устранить температурное гащение фототока в области комнатной температуры, а также улучшить оптическую однородность кристалла за счет устранения включений в них посторонних фаз (металлической платины, , и др.). При этом полуволновое напряжение кристаллов составляет не более 4,3 кВ (Л 633 нм).

rS

10

id iO

if

10 Ю fO

10

.-t2

Ч

6

10

-L-.

//