Влияние механоактивированных оксидов РЗЭ лантаноидной группы на физико-химические свойства боратных расплавов

• Автор: Иванов, Андрей Валерьевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Литературный обзор по структуре и физико-химическим свойствам боратных расплавов

1.1. Строение боратных расплавов

1.2. Физико-химические свойства боратных расплавов

1.2.1. Вязкость боратных расплавов

1.2.2. Электропроводность боратных расплавов

1.2.3. Поверхностное натяжение боратных расплавов

1.2.4. Плотность боратных расплавов

Выводы по главе

2. Методы изучения физико-химических свойств боратных расплавов
2.1. Метод измерения вязкости боратных расплавов
2.1.1. Оценка погрешности измерения вязкости
2.2.1. Метод измерения электропроводности боратных расплавов
2.2.2. Оценка погрешности измерения электропроводности
2.3. Плотность и поверхностное натяжение боратных расплавов
2.4. Аттестация препаратов и порядок приготовления исходных смесей
Выводы по главе
3. Вязкость боратных расплавов
3.1. Результаты измерений и их обсуждение
3. Выводы по главе
4. Электропроводность боратных расплавов
4.1. Результаты измерений и их обсуждение
Выводы по главе
5. Поверхностное натяжение и плотность боратных расплавов
5.1. Результаты измерений и их обсуждение
Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Современная технология выращивания полупроводниковых монокристаллов сталкивается с проблемой улучшения электрофизических свойств и структурного совершенства при увеличении геометрических размеров выращиваемых монокристаллов. Кристаллы таких соединений получают в основном из-под слоя флюса методом Чохральского [1-2]. В качестве защитного покровного флюса используют чистый В203. В последнее время для микролегирования применяют электрохимический метод, основанный на восстановлении легирующих элементов из защитного флюса. При таком способе легирования достигается равномерное распределение легирующих элементов по всему объёму выращиваемых монокристаллов [3]. Поэтому исследование и совершенствование составов защитных флюсов и самой технологии выращивания является актуальной научной задачей.
Известно, что введение оксидов РЗЭ в боратный расплав также связано с большими трудностями в силу их малой растворимости [4]. Кроме того оксиды РЗЭ имеют высокую температуру плавления (>2300°С), что значительно выше температуры плавления оксида бора (-465 °С), поэтому получение гомогенного расплава требует длительной высокотемпературной выдержки расплава. Механоактивация исходных компонентов значительно ускоряет процесс гомогенизации расплава и увеличивает степень химической и структурной однородности, что приводит к стабилизации физико-химических свойств, от которых во многом зависит технологический процесс выращивания монокристаллов.
Изучение физико-химических свойств боратных расплавов (вязкости, электропроводности, поверхностного натяжения и плотности) в совокупности с исследованием структуры позволяет выявить оптимальные свойства расплавов с устойчивой структурой в определённых температурных интервалах. Физикохимические свойства таких систем определяются межчастичными взаимодействиями и образованием определенных структурных единиц, которые могут быть

установлены только комплексом структурных методов исследования.
В данной работе приведены результаты исследований строения и физикохимических свойств расплавленных смесей В203-М203 (М20з - оксиды РЗЭ лантаноидного ряда - Ьа203 —> Ьи203). Для изучения физико-химических свойств использованы современные высокотемпературные методики, которые хорошо себя зарекомендовали при изучении многих оксидных систем.
Цель данной работы состоит в исследовании физико-химических свойств (вязкость, электропроводность, плотность и поверхностное натяжение) боратных расплавов, содержащих оксиды редкоземельных элементов всей лантаноидной группы, а так же в установлении их взаимосвязи со структурой расплава.
Задачи исследования:
1) Изучение влияния механоактивации оксидов РЗЭ на физико-химические свойства бинарных боратных расплавов.
2) Установление взаимосвязи между строением и физико-химических свойствами расплавов В20з — оксиды РЗЭ.
3) Определение расплавов с оптимальными физико-химическими свойствами, с химической и структурной однородностью в определённых температурных интервалах.
Научная новизна.
1) Впервые получены новые данные по физико-химическим свойствам боратных расплавов с добавками оксидов редкоземельных элементов. Определены температурные и концентрационные зависимости физико-химических свойств боратных расплавов.
2) Установлено, что механоактивация приводит к структурной однородности комплексных группировок ионов РЗЭ и к упорядочению в расплавленных смесях В203 - Ме203 структурных единиц в области ближнего порядка. Определено, что механоактивация сдвигает температурный интервал затвердевания в область более высоких температур, способствует дегидратации смеси В203 - Ме203 и протеканию окислительно-восстановительных реакций.

роподъемника, а начало отсчёта - касание электродами расплава - фиксировали индикатором Ф-500, включенным в измерительную диагональ моста.
Постоянную ячейки (К) определяли по 0,1 N раствору КС1. Электропроводность рассчитывали по формуле [74]:
К а-г
* = - = — ■ (2.Ю)
где К - постоянная ячейки на глубине погружения электродов 10 мм; а - удельная электропроводность 0,1 N раствора КС1;
R - сопротивление расплава на глубине погружения электродов; г - сопротивление электролита при этом же погружении.
Мост составляли из безреактивных магазинов сопротивления Р517-М, осциллографа С1-19А (чувствительность 2,5 мВ/мм) и генератора звуковой частоты ГЗ-ЗЗ. Балансировку моста производили магазином сопротивлений МСР-60, позволяющим осуществлять компенсацию с точностью до 0,01 Ом. При измерениях использовали также обычные меры предосторожности для уничтожения паразитных емкостей (заземление, экранизация проводов и т.д.). Контрольные измерения зависимости сопротивления расплава от частоты тока (в пределах 0,5-10 кГц) дали совпадающие результаты, что свидетельствует о малой величине фа-радеевского импеданса. Отсутствие подобной зависимости отмечалось и в других исследованиях [78-79].
Измерение температуры проводили Pt-PtRh термопарой, горячий спай которой погружали в расплав флюса, а холодные концы термопары термостатирова-ли при 273 К.
2.2.2 Оценка погрешности измерения электропроводности
Согласно расчетной формуле (2.10) для вычисления электропроводности относительную ошибку можно представить уравнением:
^ = (2.11) х Г R