Способ выращивания монокристаллов Y @ В @ С @ О @ Советский патент 1992 года по МПК C30B9/12 C30B29/22 

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов, в частности монокристаллов, обладающих сверхпроводимостью, и может применяться в технологии других материалов, где необходимо выделить выращиваемые кристаллы из шихты.

Из известных способов получения монокристаллов YiBa2Cu30 -x самое широкое применение нашли методы выращивания из раствор-расплавов, где в качестве растворителя используется расплав смеси ВаО и СиО. Рост проводится в вертикальных трубчатых печах. В качестве контейнерного материала используются Pt, Zr02, ThOa, AlaOa, MgO, Аи.

Однако высокотемпературные растворы, применяемые для получения монокристаллов ВТСП, химически взаимодействуют практически со всеми. Тем не менее, если

влияние Pt как примеси практически не отражается на сверхпроводящих свойствах получаемых монокристаллов, то А понижает температуру перехода в сверхпроводящее состояние в зависимости от его количества в монокристалле.

Известен способ, где в качестве растворителя используется расплав смеси ВаО и СиО. Эту смесь смешивают с заранее приготовленным составом YiBa2Cua07-x в виде порошка. Рост производят при помощи вертикально направленного охлаждения.

Недостатком способа является сложность технологии, кроме того, требуется изготовление специальных тиглей из А120з, что представляет определенные трудности.

Большую проблему представляет выделение монокристаллов из затвердевшей шихты. Так как селективных травителей для этой цели подобрать не удалось, извлечение

-ч ы

00

XS

о

кристаллов из шихты осуществляется механическим путем. Эта операция ввиду хрупкости образцов весьма трудоемка и может быть применена к монокристаллам, имеющим малую площадь контакта с шихтой, что исключает растрескивание кристаллов за счет разности температурных коэффициентов расширения.

Целью изобретения является увеличение размеров, повышение выхода кристаллов и облегчение их извлечения из шихты.

Поставленная цель достигается тем, что приготовленную смесь из ВаО, СиО и УтВааСизОт-х нагревают в алундовом тигле до 970-990°С и выдерживают в течение 24- 30 ч, после чего тигель перемещают через градиент температуры 1,5°С/мм со скоростью 1-2 мм/ч, при этом в температурной области 700-600°С охлаждение производят со скоростью 15-20°С. Весь процесс роста происходит в атмосфере воздуха.

На фиг. 1 дана установка зонной плавки; на фиг. 2 -температурный профиль установки.

Сущность изобретения заключается в том, что, охлаждая шихту в горизонтальном направлении, расплавленная масса ползет в сторону более низкой температуры, вы свобождая почти одну треть площади дна тигля, где и располагаются образованные кристаллы, сросшиеся с шихтой всего лишь одним ребром, и извлечение их из тигля не представляет никакой трудности.

Рост осуществляется в установке зонной плавки. Из нихромовой спирали 1 намо- таны две параллельно соединенные фоновые печи 2, между которыми располагается зонный нагреватель из силитовых стержней 3. Температуры регулируются раздельно програмными регуляторами РТП-ЗМ, в которых обратная связь осуществляется с помощью термопар 4. Для тигля 5 функцию стола выполняют два горизонтально закрепленных керамических стержня 6.

Предварительно синтезированную керамику YiBa2Cu30 -x, размельченную в порошок, замешивают с эвтектической смесью 28% ВаО-72% СиО, засыпают в алундовый тигель и ставят в установку для зонной плавки, так, чтобы тигель находился

в центре зоны. Поднимают температуру зоны до 970-990°С, а на фоновых печках задают такую температуру, что градиент не превышает 1,5°С/мм. Выдержав тигель с расплавом в зоне в течение 24-30 ч, включают передвижение зоны со скоростью 1-2 мм/ч. Охладив расплав до 870-880°С, отключают движение зоны и по заданной программе регуляторами РТП-ЗМ понижают температуру до комнатной со скоростью, не

превышающей 200°С/ч, но при этом область температуры перехода из тетрагональной в орторомбическую фазу 700-600°С проходят со скоростью 15-20°С. Весь процесс роста происходит в атмосфере воздуха.

Максимальный размер кристалла, выращенного этим методом, 3,5 х 2,5 х 15 мм, с температурой перехода в сверхпроводящее состояние 55 К без отжига и 85 К после

отжига в кислородной камере высокого давления в течение суток под давлением 45 атм при 600°С.

Формула изобретения Способ выращивания монокристаллов

YiBaaCusOy-x, включающий нагрев исходного соединения и эвтектической смеси ВаО и СиО в тигле, выдержку, последующее охлаждение и извлечение кристаллов, отличающийся тем, что, с целью увеличения

размеров, повышения выхода кристаллов и облегчения их извлечения, используют алундовый тигель, нагрев ведут в зоне шириной, равной ширине тигля до 970-990°С, выдержку проводят в течение 24-30 ч, после

чего тигель перемещают через градиент температуры 1,5°С/мм со скоростью 1-2 мм/ч в зону охлаждения с температурой 870-880°С, прекращают перемещение и охлаждение ведут со скоростью 190-200°С/ч,

а в области 700-600°С - со скоростью 15- 20°С/ч.

/

Изобретение относится к области технологии выращивания монокристаллов со сверхпроводимостью. Обеспечивает увеличение размеров монокристаллов, повышение их выхода, облегчение их извлечения. Способ включает нагрев исходного соединения и эвтектической смеси ВаО и СиО в тигле, выдержку, последующее охлаждение и извлечение кристаллов. Используют алун- довый тигель, нагрев ведут в зоне шириной, равной ширине тигля, до 970-990°С, выдержку проводят в течение 24-30 ч, после чего тигель перемещают через градиент температуры 1,5°С/мм со скоростью 1-2 мм/ч в зону охлаждения с температурой 870- 880°С, прекращают перемещение и охлаждение ведут со скоростью 190-200°С/ч, а в области 700-600°С - со скоростью 15- 20°С/ч. Получены кристаллы размером 3,5 х 2,5 х 0,15 мм с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Тс. 85 К. 2 ил

20 16 12 8

404 Фиг. г

8 12 16 20 е,сп расстояние от центра зоны