Спосіб вирощування монодоменних кристалів ніобату літію з розплаву
До СВІДОЦТВОМ
Республік (89) 141247 (НДР) (61) Додатковий до авт. свид-ву-! (22) Заявлено 240378 (21) 7770138/23-26
З 30 29/30 (23) Пріоритет вЂ" (32) 2104-77 (31) MP 01 J/198515 (33) НДР
СРСР та справам винаходів та відкриттів (53) УДК 621. 315. .592(088.8) Опубліковано 1509.82, Бюлетень№ 34
"Карл-Цейс-Єна" (ГДР) (54) СПОСІБ ВИРОЩУВАННЯ ОДНОДОМІННИХ КРИСТАЛІВ
HNO5ATA ЛІТІЯ З РОЗПЛАВУ
Винахід стосується методу вирощування однодоменних кристалів ніобату літію із розплаву методом Чохральського.
Під ніобатом літію розуміють як стехіометричний ніобат літію (LiNb0g) із співвідношенням L 2 Про/Nbz 0в
50:50 мольних відсотків, і нестехиометрические склади кристалів з часткою 48-51 мольних відсотків Li 0 .
На основі їх фероелектричного характеру однодоменні кристали ніобату літію через їх сильну взаємодію з електромагнітними полями відрізняються винятковими електрооптичними та нелінійними оптичними властивостями. Крім того, ніобат літію має дуже гарні п'єзоелектричні коефіцієнти. У зв'язку з дуже хорошим спектральним коефіцієнтом пропускання 0,4-4,5 мкм конструктивні елементи з однодоменного ніобату літію являють собою дуже великий інтерес для застосування в багатьох оптичних приладах для амплітудної, фазової або частотної модуляції електромагнітного випромінювання, як помножувач частоти або параметричних осциляторів.
Відомо, що на основі методу
Чохральського можна вирощувати кристали ніобату літію з розплаву, а отримані таким методом кристали мають мультидоменну структуру. Під доменами розуміються області з різним напрямом електричної поляризації, що спонтанно встановлюється у фероелектричних матеріалах.
Межі доменів є причиною значного на оптичні властивості, наприклад внаслідок розсіювання світла. Тому великий інтерес представляє усунення цих структурних дефектів та виготовлення великих однодомних, оптично однорідних кристалів. Однак умови, за яких кристали ніобату літію вирощуються з розплавів, сильно впливають на доменну структуру.
З цієї причини реалізація однодоменності пов'язана з додатковими техніко-технологічними заходами для відомих способів вирощування °
Однодоменні кристали ніобату літію вирощують з розплавів за методом Чохральського в зовнішньому елек958508
4 тричному полі (поляризація) . Для цього під час процесу вирощування через поверхню розділу між кристалом, що вирощується, і розплавом пропускається струм, і вже вирощений кристал також піддається впливу 5 цього струму в діапазоні 1000-1200 С, тобто. поблизу точки Кюрі (1210 С).
Відомий варіант методу Чохральського для поляризації кристалів ніобату літію, при якому вже виро- 10 монодоменные кристали ніобату літію піддають відпалу в електричному полі п >і 1000-1200 С. Обидві ці відомі можливості для отримання однодоменної структури в кристалах ніобату літію у двоетапному процесі. До сучасного рівня техніки також відносяться методи, при яких до розплавів додаються домішки, наприклад 0,1-5 атомних відсотків окису молібдену або окису вольфраму (ІоО, WO>) щодо вмісту ніобію, з тим, щоб при дотриманні точно визначених умов вирощування і при застосування особливо чистих вихідних речовин одержати однодоменні кристали ніобату літію.
Відомі також спроби отримання однодоменної структури кристалів ніобату літію здопомогою спеціальних 30 допусків орієнтації затравальних кристалів щодо кристалографічних осей, причому для стабілізації однодоменності використовують також комбінації з наведеними вище 35 методами.
Крім того, відомий метод підтримки електричного короткого замикання між затравальним кристалом і розплавом або платиновим тигелем 40 за допомогою використовуваного для розігріву вихідної суміші омічного нагріву, щоб забезпечити таким чином однодомність зростаючих кристалів без впливу зовнішнього електричного поля. Для цього затравальний кристал у його фіксуючому пристрої електрично з'єднаний з платиновим тигелем через шток витягування кристала.
1 недолік всіх відомих методів 50 полягає в тому, що потрібні значні додаткові технікотехнологічні витрати, що ускладнює технологію вирощування та, крім того, негативно позначається на якості кристалів. Приміром, при поляризації має місце підвищена небезпека руйнування кристалів. у катода, яка часто пов'язана з неусувним повністю фарбуванням. 60
Інший негативний вплив на властивості кристалів ніобату літію обумовлено небезпекою дифундування матеріалу електродів, особливо з боку анода, а 65 досі обов'язковими спеціальні кристалографічні допуски орієнтації зумовлюють додаткове ускладнення.
Крім того, незважаючи на додаткове ускладнення технології та апаратури всередині кристалів більш менш значні області розділені доменними кордонами, внаслідок чого сильно обмежений корисний обсяг кристалів ніобату літію.
Мета винаходу вЂ" досягнення можливості реалізації однодоменності при відмові при цьому від вважалося досі необхідним додатковогоускладнення апаратури.
Крім того, однодомність повинна бути забезпечена по всій корисній довжині кристала протягом всього процесу вирощування, а також готовому кристалі ніобату літію.
Виходячи з методу вирощування кристалів методом Чохральського, завданням даного винаходу є вказівка простого методу для вирощування однодоменних кристалів ніобату літію з розплаву.
В основу винаходу покладено той факт, що заходи для реалізації однодоменної структури за відомими досі методами і додаткові заходи не тільки ускладнюють процес вирощування кристалів ніобату літію, але також можуть негативно позначатися як кристали, наприклад щодо оптичної однорідності і пропускання. Крім того, однодомність забезпечується не по всій корисній довжині кристалів.
Істота пропонованого винаходу полягає в тому, що на противагу дотепер поширеної теорії однодоменні кристали ніобату літію можуть вирощуватися довжиною не менше 75-80 мм і 25-30 мм без додаткових ускладнень апаратури і технології з розплавів на основі методу Чохральського. Вибір атмосфери, в якій проводиться вирощування, при цьому не впливає на доменну структуру.
Мета досягається тим, згідно з методом вирощування однодоменних кристалів ніобату літію з розплавів за допомогою затравального кристала, який з незначними затискачем і напругою закріплений у тримачі, з'єднаному зі штоком витягування кристала при його безперервному і одночасному підйомі і обертанні, тримач є неелектропровідним, з однодоменною структурою вирощують без впливу зовнішнього електричного поля і з виключенням зовнішніх коротких замикань між затравочним кристалом і розплавом абоматеріалом металевого тигелю.
На кресленні представлена схема здійснення запропонованого способу.
Використовується метод вирощування кристалів Чохральського. У тиглі 1 з благородного металу (наприклад Pt), який для створення рівномірного теплорозподілу та термічної ізоляції поміщений в керамічну оболонку 2, знаходиться розплав 3 ніобату літію з температурою 5-10 З вище точки плавлення (T.ïë. 1253 С). Розіг-10 рев розплаву 3 тигля 1 виробляється високочастотним індукційним або омічним нагрівачем 4.
Сорієнтований затравальний кристал 5 встановлюють у держате - 15 ле 6, який складається з гільзи 7 зі стійких до високих температур металів або сплавів і стрижня 8 з непровідної кераміки, стійкої до високих температур, діаметром ур
5-15 мм та довжиною 150-250 мм. Для цього затравальний кристал 5 кріплять у гільзі 7 тримача з дуже малим затисканням та напругою. Гільза 7, у свою чергу, за допомогою багнетного приєднання кріпиться до непровідного керамічного стрижня 8, який з'єднаний з непоказаним на кресленні штоком для витягування.
Поляризація та орієнтація із-затравочного кристала 5 є некритичними.
Після занурення затравального кристала 5 на кілька міліметрів у розплав 3 ніобату літію кристал
9 ніобату літію вирощується при постійному обертанні (5-30 об/хв) і одночасному підйомі руху у вертикальному напрямку (1-5 мм/год).
Обертання та підйомний рух обоз. почати стрілками 16 і 17. Спочатку на поверхні 40 розділу 13 між кристалом 9 і розплавом 3 при безперервній кристалізації виникає параэлектрическая зона 10 зростаючого кристала 9.
Тепло, що вивільняється при кристалізації 45, в основному відводиться зростаючим. кристалом 9, тому що будь-якедодаткове охолодження кристала 9 і фіксатора утримувача 6 запобігається.
У процесі зростання кристала у відповідності з умовами вирощування та характеристиками апаратури Чохральського утворюється вертикальний температурний градієнт у зростаючому кристалі 9, який у разі ніобату літію призводить до того, що з спочатку параелектричної зони 10 при проходженні рівня 11 з температурою точки К0 ) утворюється фероелектрична зона 12 при формуванні та безперервному збереженні однодоменної структури.
Висота межі 11 між параелектричною та фероелектричною зонами (рівень з температурою точки Кюрі) над поверхнею 14 розплаву орієнтується на величину вертикального температурного градієнта, додатковий вплив на який можна надавати нагрівачем 15. Так, наприклад, ця гранична зона 11 при вертикальному температурі
10-50 С/см лежить на висоті 40-10 мм над поверхнею 14 розплаву 3.
Після закінчення вирощування кристал оплавляється та охолоджується до кімнатної температури. наприклад спочатку зі швидкістю 10-50 С/год, пізніше - швидше, так, що після 10-20 год досягається кімнатна температура.
В результаті такої методики вирощування завжди виходять однодоменні кристали, (+)-полярність яких спрямована до зародка, а (-)-полярність вЂ" до розплаву. Така поляризація виникає відразу ж після початку вирощування, якщо температура кристалу, що охолоджується, не перевищує точку Кюрі (1210 C) і зберігається у всьому кристалі лише коли невикористовуваний при застосуванні кристала поверхневий шар товщиною максиглум
0,5 мм після закінчення вирощування, як за відомого методу, має мультидоменну структуру. Вибір атмосфери вирощування успіху запропонованого методу значення немає.
Покладений в основу пропонованого винаходу ефект пояснюється тим, що електрично ізолюючий тримач затравки, мабуть, сприяє стабілізації внутрішнього електричного поля, під впливом якого забезпечується постійна поляризація і тим самим однодомність.
Спосіб вирощування однодоглиних кристалів ніобату літію з розплаву на затравному кристалі, який з незначним затискачем і напругою закріплений на тримачі, з'єднаному зі штоком витягування кристала, при його безперервному і одночасному підйомі і обертанні, про твЂ" л а ч а ю ший є неелектропровідним.
Визнано винахід за результатами експертизи, здійсненої відомством з винахідництва Німецької Демократичної Республіки.
Упорядник В. Безбородова
Редактор М. Келемеш Техред T..Càíòà Коректор Г Огар
Замовлення 6984/37 Тираж 371 Передплатне
ВНДІПД Державного комітету СРСР у справах винаходів та відкриттів
113035, Москва, Ж-35, Рауська наб., д. 4/5
Філія ВПП "Патент", м. Ужгород, вул. Проектна, 4
Спосіб вирощування монодоменних кристалів ніобату літію з розплаву, поляризація кристалів