Способ получения монокристаллов силиката висмута BI @ SIO @ Советский патент 1992 года по МПК C30B15/00 C30B29/34 

Изобретение относится к способам получения нефоточувствительных монокристаллов силиката висмута со структурой силленита, обладающих высокой прозрачностью и высоким темновым сопро- ти|влением с сохранением высоких электрооптических свойств.

Областью применения этих монокристаллов могут быть широкоапертурные амп- литудные и фазовые модуляторы света (АФМС), где необходимо иметь минимальную фоточувствительность и высокую прозрачность в видимой части спектра.

Известен способ получения-монокристаллов BH2SlOao силиката висмута методом выращивания на затравку из расплава оксида висмута В)20з, содержащего оксид кремния SI02 в мольном отношении 6:1. Исходную шихту нагревают выше температуры ликвидуса (920°С) в платиновом тигле, имеющем 4 см в диаметре и 4 см в высоту, выдерживают несколько часов с последующим охлаждением до температуры ликвидуса и введением затравки в расплав. При скорости вращения затравки 10 об/мин и скорости зытягивания 5-6 мм/ч получают монокристаллы размером 20 мм в диаметре и 50 мм в длину. Кристаллы выдерживают около 100ч при800°С.

Монокристаллы силиката висмута, полученные таким способом, не удовлетворяют требованиям, предъявляемым АФМС в области длин волн: 0,45-0,6 мкм, так как в этой области обладают достаточно высокой фоточувствительностью и малой прозрачностью.

XI

Ј

00

о

х|

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения монокристаллов силиката висмута Bli2SiOao из раствора оксида кремния (IV) в расплаве оксида висмута (HI) с добавкой оксида галия (III) на затравку по методу Чохральского.

Полученные монокристаллы силиката висмута, легированные Ga, хотя и имеют меньший коэффициент поглощения в интервале частот (24-18) по сравнению с нелегированным силикатом висмута, но не обладают достаточно низкой-фоточувствительностью. При легировании 0,1 мол.% Ga фоточувствительность уменьшается всего лишь на два порядка величины по сравнению с исходным BHaSIOao в узком диапазоне длин волн 0,4-0,5 мкм. В известной работе у монокристаллов силиката висмута, легированных Ga с увеличением содержания СааОз более 2% уменьшается коэффициент поглощения, но также происходит суперлинейное увеличение темновой проводимости, т.е. ухудшаются диэлектрические свойства материала, необходимые при создании АФМС.

Кроме того, монокристаллы силиката висмута, легированные хромом, хотя имеют низку(Ь фоточувствительность, но являются мене,е прозрачными в области 0,38 ,55 мкм.

Целью изобретения является получение тмонокристаллов нефоточувствитёльных в диапазоне длин волн 0,4-0,7 мкм, уменьшение коэффициента оптического поглощения монокристаллов при сохранении их электрооптических свойств.

Для достижения поставленной цели согласно способу получения монокристаллов силиката висмута выращиванием на вращающуюся затравку из расплава, содержащего оксид висмута (III), оксид кремния (IV) и добавку, согласно изобретению, в .качестве добавки (компонент А) используют оксид кадмия Cd (IV), молибдена Мо (VI) и висмута BI () в пропорциях, обеспечивающих сте- хиометрический состав Bi24CdMo040, в количестве 7,4-50 мас.%.

Сущностью изобретения и его отличительными признаками являются добавления в шихту смеси оксидов кадмия (If), молибдена (VI) и висмута (111), что позволяет получить нефоточувствительные монокристаллы со структурой типа силленита с высокой прозрачностью и неизменными элегстрооптическими свойствами.

Способ осуществляют следующим образом.

Выращивание монокристалла ВНаЗЮао ведут по методу Чохральского при скорости

вытягивания 0,7-1,6 мм/ч и скорости вращения 30 об/мин при программном снижении температуры расплава. При соотношении массовых процентов компонента А к

BI12SI020 в шихте 7,5-50 мас.% поглощается фоточувствительность в диапазоне 0,4-0,7 мкм видимой части спектра при уменьшении коэффициента оптического поглощения с сохранением его электрооптических

свойств. Электрооптический коэффициент для полученных указанным выше способом монокристаллов силиката висмута равен Ч41(4,4 ± 0,2) пм в видимой части спектра, что говорит о том, что он не ниже, чем у

нелегированного BhaSlOao, у которого ,2 ± 0,2 пм на длине волны нм.

Электрооптическая эффективность полученных монокристаллов составила Ч/ц по 3

7, м.В 1, т.е. на 10% выше, чем у нелегированного BH2SI020, нм.

Отличительным признаком изобретения является использование компонента А (Bi24CdMo04o) в качестве добавки в шихту в

указанных количествах.

Пример 1. Шихту, содержащую 200 г BI12SI020:195,8 г ВЮз и 4,2 г StOa, смешивали с компонентой А в количестве 2 г (1 мас.%): - 1,91 г, CdO - 0,04 г, МоОз 0,05 г и размешивали в агатовой ступке. Выращивание проводили в цилиндрическом платиновом тигле по методу Чохральского из расплава при скорости вытягивания 1,6 мм/ч и скорости вращения

затравки 30 об/мин, В результате получен оптический однородный монокристалл желтого цвета с диаметром 15 мм и длиной 49 мкм. Спектральной зависимости фотопроводимости и поглощения монокристалла соответствует кривая 2 (фиг.1 и 2), где видно, что значения фототока и коэффициента поглощения имеют незначительное отличие от таковых для нелегированного силиката висмута.

Пример2.В шихту, содержащую250г Bii2Si02o: 244,7 г BlaOs и 5,3 г 5Ю2 досыпали компонент А в количестве 20 г (7,4 мас.%): В)20з 19,1 г, CdO 0,4 г, МоОз 0,5 г, и размешивали в агатовой ступке. Выращивание

проводили в цилиндрическом платиновом тигле по методу Чохральского из расплава при скорости вытягивания 1,6 мм/ч и скорости вращения затравки ЗОоб/мин. В результате получен оптически однородный

монокристалл желтого цвета с диаметром 14 мм и длиной 53 мм. Спектральной зависимости фотопроводимости и поглощения монокристалла соответствует кривая 3 (фиг.1 л 2), Значение удельного сопротиаления в максимуме фототока составляет 6-Ю10 Ом-см.

П р и м е р 3. Шихту, содержащую 200 г BHaSIOao: 196,8 г BICXz и 4,2 г SlOj смешивали с компонентой А в количестве 100 г (33 мас.%): В120з (95,4 г), CdO (2,2 г), МоОз (2,4 г) в агатовой ступке и затем помещали в цилиндрический платиновый тигель. Выращивание проводили в печи по методу Чох- ральского при скорости вытягивания 1,6 мм/ч и скорости вращения затравки 30 об/мин. В результате получен оптически однородный монокристалл светло-желтого цвета и диаметром 15 мм и длиной 45 мм. Спектральной зависимости фотопроводи- мости и поглощения монокристалла соответствует кривая 4 (фиг.1 и 2). Значение удельного сопротивления в максимуме фототока составляет 3-10 Ом см.

Пример 4. Шихту, содержащую 150 г BH2SI020: 146,8 г BlaOa и 3,2 г SI02 смешивали с компонентой А в количестве 150 г (50 мас.%): В120з(143 г), CdO (3,3 г). МоОз (3,7 г) в агатовой ступке. Выращивание проводили в цилиндрическом платиновом тигле по ме- тоду Чохральского из расплава при скорости вращения затравки 30 об/мин и скорости вытягивания 0,7 мм/ч. В результате получен оптически однородный монокристалл светло-зеленого цвета. Спектральной зависимости коэффициента поглощения соответствует кривая 5 (фиг.2), где видно, что значение коэффициента оптического поглощения почти на два порядка меньше, чем у нелегированного кристалла - кривая 1. Значение фоточувствительности было на уровне темнового тока (фиг.1), т.е. почти на пять порядков меньше, чем у нелегированного образца, в интервале длин волн 0,4-0.7 мкм. Удельное сопротивление образца со- ставляло tOM Ом-см.

Пример 5. Шихту, содержащую 150 i Bli2SI02o: 146,8 г и 3,2 г SI02, смешивали с компонентой А в количестве 155 г (50,8 мас.%): (147,8 г), CdO (3,4 г), МоОз (3,8 г) в агатовой ступке. Выращивание проводили в цилиндрическом платиновом тигле по методу Чохральского из расплава при скорости вращения затравки 30 об/мин и скорости вытягивания 0,7 мм/ч. В результате получен оптически неоднородный кристалл, с большим количеством включений, непрозрачный.

Таким образом, указанный способ получения монокристаллов силиката висмута со структурой силленита позволяет понизить почти на пять порядков фоточувствительность до уровня темнового тока, при этом кристалл обладает в сто раз меньшим коэффициентом поглощения в видимой части спектра, также его электрооптические свойства не ухудшаются и удельное темновое сопротивление остается на уровне чистого силиката висмута.

Формула изобретения

Способ получения монокристаллов силиката висмута Bii2SI020. включающий расплавление шихты, содержащей оксид висмута (HI), оксид кремния (IV) и оксидную добавку и вытягивание кристалла на вращающуюся затравку,отличающийся тем, что, с целью получения монокристаллов не- фоточуаствительных в диапазоне длин волн 0,4-0,7 мкм, уменьшения коэффициента оптического поглощения монокристаллов при сохранении их электрооптических свойств, в качестве добавки используют оксиды кадмия (II). молибдена (VI) и висмута (Hi) в количестве, соответствующем составу ВЫСсШоО-ю и берут добавку в количестве 7,4-50 мас.%.

I

«

II

«4

Использование: кристаллы для изготовления модуляторов света. Сущность изобретения: в шихту, содержащуюоксид Bl(III) и оксид Si (IV), добавляют оксиды Cd (II), Mo (VI) и Bi (III) в количестве, соответствующем составу Bi24CdMo040. Добавку берут в количестве 7,4-50 мас.%. Получают монокристаллы нефоточувствительны в диапазоне 0,4-0,7 мкм. 2 ил.

hO

oo «3- ir r S

чад сэ

/,

ro

5t

««S

&

5 f

2

I a

ю

иг

/о

г/

л

г

-е -з &

Фиг. 2.

2&

fo,2B