Исследование фазовых равновесий в системе Ag-Ga-S и получение монокристаллов AgGaS2 методом Бриджмена

• Автор: Кох, Константин Александрович
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
§ 1. Фазовые соотношения в системе Ag-Ga-S
§2. Методы выращивания монокристаллов AgGaS2
§3. Свойства кристаллов AgGaS2
§4. Метод направленной кристаллизации для изучения фазовых равновесий
§5. Тепломассоперенос при росте кристалла по методу Бриджмена
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В СИСТЕМЕ Ag-Ga-S
§ 1. Синтез образцов
§2. Направленная кристаллизация
§3. Термообработка (отжиг) кристаллов AGS
§4. Травление кристаллов AGS
§5. Физико-химические методы исследования
Глава 3. ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Ag-Ga-S
§1. Температура плавления реальных кристаллов AgGaS2
§2. Область твердых растворов на основе AgGaS2
§3. Микроструктура кристаллов AgGaS2
Глава 4. ПРИМЕНЕНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ К
ВЫРАЩИВАНИЮ КРИСТАЛЛОВ МЕТОДОМ БРИДЖМЕНА. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Глава 5. ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ AGS ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ
ТЕПЛОВОМ ПОЛЕ
Основные результаты и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
На основе структуры минерала халькопирита существует множество соединений, которые несут уникальные решения проблем современной техники. Так, в структуре халькопирита кристаллизуется минерал роквезит (CuInS2), который в настоящее время рассматривается как альтернатива монокристаллическому кремнию для изготовления солнечных батарей. В нелинейной оптике используется синтетический аналог минерала галлита - соединение состава CuGaS2.
Не менее интересным для нелинейной оптики ближнего и среднего ИК-диапазона оказывается соединение тиогаллат серебра AgGaSi (AGS). Преимуществом этого материала является удачное сочетание значений двуяучепреломлеиия, коэффициента нелинейности и стойкости к лазерному излучению. Параметрические генераторы света (ПГС) на основе этих кристаллов могут обеспечивать непрерывно перестраиваемое излучение в спектральном диапазоне от 1,2 мкм до 10 мкм. Особенностью AGS является то, что это один из немногих кристаллов, на основе которого возможно получать излучение с длиной волны >5 мкм, используя для накачки широко распространенные лазеры, излучающие на длине волны ~1 мкм, например YAG:Nd. Излучение среднего ИК-диапазона необходимо для решения целого ряда задач, в частности, связанных с колебательным возбуждением молекул (ИК-фотохимия, ИК-спектроскопия и т.п.). По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул различных органических и неорганических веществ: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др. А по интенсивности полос поглощения возможен количественный анализ. Возбуждающий импульс должен быть в резонансе с одной из колебательных мод молекулы, частоты многих из
которых лежат как раз в диапазоне частот излучений, получаемых с помощью ПГС на кристалле AgGaS2.
Один из факторов, ограничивающих эффективность преобразования света параметрическим генератором, а также допустимую мощность излучения, заключается в степени оптической однородности элемента, изготовленного из кристалла. А для излучения высокой мощности, вследствие определенного уровня стойкости к лазерному излучению, возникает такой дополнительный параметр, как апертура оптического элемента, т.е. размер кристалла. Достижение высокого оптического качества и требуемого размера кристалла является сложной задачей, решение которой заключается в совокупном рассмотрении двух подходов - физикохимического п технического.
Физико-химические условия, при которых возможна кристаллизация, содержание примесей и дефектов в кристалле, определяются видом диаграммы состояния системы. Существуют объективные трудности изучения системы Ag-Ga-S, связанные с наличием агрессивного расплава с высокой температурой плавления, близко расположенными термическими эффектами, склонностью расплава к существенному (до 60°С) переохлаждению, наличием сильно летучего компонента и т.д. Это приводит к невоспроизводимости и к трудностям интерпретации результатов изучения образцов. Так, для AGS остаются разногласия в определении температуры и характера плавления. Кроме того, нет единой точки зрения на строение разреза .'g2S-Ga2S3 фазовой диаграммы этой системы. Отметим также, что для изучения этой системы используется только традиционный подход, связанный с исследованием отдельных образцов методом изотермического отжига и термического анализа. Поэтому возникает необходимость использовать другие методы физико-химического исследования диаграмм состояния многокомпонентных

4. Метод плавающей зоны
Выращивание этим методом из раствора-расплава описывается в (Post Е., Kramer V., 1993). Оптимальные условия роста достигаются при высоте
расплавленной зоны в 6 мм и плоском фронте кристаллизации. При использовании затравки были выращены монокристаллы с небольшим количеством мелких включений.
5. Гидротермальный метод
Эксперимент по выращиванию тиогаплата серебра в гидротермальной системе описан в (Komatsu R. et al., 2000). 1 г очищенного порошка помещался в кварцевую ампулу в 50-60 раз превосходящую объем вещества. Свободный объем заполнялся 5М водным раствором NH4CI. Затем ампула помещалась в титановый автоклав с коэффициентом заполнения воды 0,5-0.6 для контроля давления.
Рост проводился при следующих параметрах:
Температура зоны питания: 400 - 450°С.
Температура зоны кристаллизации: 350 - 400°С.
Давление: 350 - 500 кг/см2.
Продолжительность опытов: 24-61 дней.
Во всех случаях идентифицировались вновь выросшие кристаллы AgGaS2 до 1 мм диаметром без текстур распада.
6. Метод жидкофазной эпитаксии
Этим методом удается выращивать слои с переменным сопротивлением из растворов КС1 - AgGaS2 и Ge - AgGaS2 - КС1 на подложку AgGaS2 размером 10x10x1.5 мм3 (Sashitai S.R. et al., 1986).