СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТИОГАЛЛАТА СЕРЕБРА, AgGaS Советский патент 2005 года по МПК C30B11/00 C30B29/46 

Изобретение относится к области физики твердого тела, а именно к способам получения несдвойникованных оптически однородных монокристаллов тиогаллата серебра AgGaS₂.

Нелинейные монокристаллы AgGaS₂ являются наиболее перспективным материалом для преддетекторного преобразования инфракрасной частоты в светолокационных установках, параметрических квантовых генераторах, спектроскопии, спутниковой и самолетной информации о природных ресурсах Земли.

Известны способы выращивания монокристаллов AgGaS₂ размером 0,5 см³ методом Бриджмена-Стокбаргера (R.K. Route, R.J.Ravmaikers and R.S. Felgelson, Journal of Crystal Growth, 1976, v33, p.239-245).

Однако существующие способы не позволяют получить несдвойникованные кристаллы AgGaS₂ большего размера. Полученные этими способами монокристаллы имеют полисинтетические двойники и трещины, что не позволяет использовать их в приборах и устройствах.

Известен способ получения монокристаллов тиогаллата серебра AgGaS₂ методом Бриджмена-Стокбаргера с низким коэффициентом поглощения α<0,1 см^-1 в диапазоне длин волн λ=0,9-8,5 мкм и последующим отжигом полученных монокристаллов в парах с серой.

(R.K. Route, R.J.Ravmaikers and R.S.Felgelson, Journal of Crystal Growth, 29, 1975, p.125-126).

Монокристаллы после выращивания быстро охлаждались на воздухе от температуры 900°С и затем подвергались отжигу в запаянных кварцевых ампулах при температуре 900°С в начале с избытком (0,1 вес. %) Ag₂S, а затем при 750°С с элементарной серой.

Недостатком этого метода является то, что оптически однородные образцы получаются только в центральной части монокристаллической були, нижняя же и периферийная части слитка имеют полисинтетический двойники и не пригодны для использования. Закалка образца на воздухе, как правило, приводит к возникновению трещин и напряжениям, а отжиг не устраняет поглощения во всем спектральном диапазоне пропускания. Эти методы обработки монокристаллов не привели к получению оптически однородных образцов с низким коэффициентом поглощения во всей области пропускания.

Целью изобретения является получение оптически однородных монокристаллов тиогаллата серебра без трещин и полисинтетических двойников.

Поставленная задача достигается тем, что выращивание и охлаждение монокристаллов тиогаллата серебра ведут при давлении газа свыше 20 атм, инертного к сульфидной среде, например: гелий, азот, аргон, углекислый газ, сероуглерод, пары серы и т.д. При давлении свыше 20 атм соединение AgGaS₂ плавится конгруэнтно, а скорость полиморфного перехода халькопиритовой структуры резко уменьшается. Создание давления над тиогаллатом серебра позволяет увеличить скорость охлаждения выросших кристаллов и тем самым избавиться от центров рассеивания и микротрещин. Выращивание AgGaS₂ можно проводить из расплава стехиометрического состава и расплава с избытком Ag₂S до 3,5 вес.%. Нижний предел давления газа устанавливается по характеру плавления тиогаллата серебра. AgGaS₂ при давлении свыше 20 атм меняет плавление с инконгруэнтного на конгруэнтный.

Вследствие этого при кристаллизации не происходит двойникование кристалла. Верхний предел давления определяется техническими возможностями аппаратуры, где производится выращивание кристалла.

Монокристаллы AgGaS_2, выросшие под давлением свыше 20 атм, имеют коэффициент поглощения λ=0,1 см^-1 во всем спектральном диапазоне прозрачности. В них отсутствуют полисинтетические двойники и трещины.

ПРИМЕР.

Выращивание монокристаллов AgGaS₂ под давлением производилось следующим образом. Предварительно синтезированные Ga₂S₃ и Ag₂S взвешивались в стехиометрическом количестве в кварцевой ампуле, которая откачивалась на вакуумном посту и отпаивалась. Ампула с навеской помещалась в печь для роста кристаллов и нагревалась до температуры 1000°С. При этой температуре в течение 2 ч происходил синтез тиогаллата серебра. Поддержание теплового поля печи осуществлялось высокоточным регулятором температуры ВРТ-3. Печь подключалась к вакуумной системе и откачивалась до давления 10^-4 мм рт.ст. Затем вакуумная система перекрывалась и в рабочий объем печи подавался гелий под давлением 10 атм. Специальным устройством в верхней части ампулы обламывался запаянный капилляр (диаметр капилляра 0,05 мм). Через 10 мин в печи повышалось давление до 60 атм и включался спусковой механизм для роста кристаллов. После роста печь выключалась. Давление в камере при охлаждении поддерживалось в пределах 60 атм. Монокристаллы AgGaS₂, выросшие и охлажденные под давлением, имеют коэффициент поглощения λ=0,1 см^-1 во всем спектральном диапазоне прозрачности. В них отсутствуют полисинтетические двойники и трещины. Размеры кристаллов при таком способе получения могут быть заданными и лимитируются размерами ампулы.

Таким образом, были получены монокристаллы AgGaS₂ высокого оптического качества диаметром 15 мм и длиной 50 мм.

Использование предлагаемого способа получения монокристаллов серебра обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

а) возможность получения монокристаллов тиогаллата серебра высокого оптического качества, а именно, монокристаллов без трещин и двойников, что значительно уменьшает коэффициент поглощения AgGaS₂ в среднем диапазоне инфракрасного спектра;

б) возможность получения оптически однородных монокристаллов, величина которых может быть задана размером кварцевой ампулы; в настоящее время получены монокристаллы диаметром 15 мм и длиной 50 мм.

Изобретение относится к области физики твердого тела. Сущность изобретения: монокристаллы тиогаллата серебра, AgGaS₂, получают методом направленной кристаллизации расплава, которую осуществляют под давлением газа в запаянной кварцевой ампуле выше 20 атм. Изобретение позволяет получать оптически однородные монокристаллы без трещин и полисинтетических двойников с коэффициентом поглощения λ=0,1 см^-1 во всем спектральном диапазоне прозрачности. 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ получения монокристаллов тиогаллата серебра, AgGaS₂, путем направленной кристаллизации расплава в запаянной ампуле, отличающийся тем, что, с целью получения более однородных и оптических прозрачных кристаллов без трещин и двойников, кристаллизацию ведут под давлением газа в ампуле выше 20 атм.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию ведут из расплава стехиометрического состава.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию ведут из расплава с добавкой избытка Ag₂S по отношению к стехиометрическому составу.