Влияние примесного состава и стехиометрии раствора на кинетику роста кристаллов DKDP и KDP

• Автор: Воронцов, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературные сведения о росте кристаллов
1.1. Нитевидные кристаллы, изучение их роста и применение
1.2. Влияние примесей на рост кристаллов группы КЮР
1.3. Литературные данные по выращиванию кристаллов БКЮР
1.4. Рост кристаллов в растворах нестехиометрического состава
1.5. Основные соотношения теории послойного роста кристаллов
1.6. Атомно-силовая микроскопия роста кристаллов

Глава 2. Кинетика роста граней {100} кристаллов ЭКЮР в зависимости от
температуры раствора и величины добавки примеси ионов Ге3+
2.1. Методика измерения нормальной скорости роста граней двулучепреломляющих кристаллов
2.2. Приготовление растворов и определение кривой растворимости ОКЮР
2.3. Рост граней {100} кристаллов БКБР из раствора с добавкой примеси Бе3+
2.4. Рост граней {100} кристаллов НКЮР при различной температуре насыщения раствора
2.5. Кинетика роста граней {100} БКЮР в условиях естественной и вынужденной конвекции
2.6. Сравнение экспериментальных зависимостей скорости роста граней {100} кристаллов ОКЮР с теоретическими кривыми
2.7. Выводы
Глава 3. Особенности роста граней кристаллов КЮР при высокой концентрации примеси ионов А13+ в растворе
3.1. Установка для изучения роста нитевидных кристаллов КЮР и методика проведения опытов и измерений
3.2. Зависимость скорости роста и среднего поперечного размера нитевидных кристаллов КЮР от пересыщения раствора
3.3. Зависимость скорости роста и среднего поперечного размера нитевидных кристаллов КЮР от концентрации примеси в растворе
3.4. Морфология граней {101} кристаллов КЮР, растущих в присутствии активной примеси

3.5. Механизм образования и роста нитевидных кристаллов КОР и механизм действия примеси А1(Ш)
3.6. Выводы
Глава 4. Рост граней {100} кристаллов КОР в растворах
нестехиометрического состава
4.1. Вычисление пересыщения в растворах нестехиометрического состава
4.2. Экспериментальная установка и методика измерений
4.3. Приготовление растворов и составы растворов
4.4. Вычисление концентраций частиц в растворах КОР
4.5. Нормальная скорость роста граней {100} кристаллов КОР в зависимости от пересыщения и стехиометрического состава раствора
4.6. Массообмен растущего кристалла с раствором
4.7. Выводы
Основные результаты
Список литературы
Приложение
Введение
Актуальность работы. В диссертационной работе исследуется влияние примесного микро- и макросостава раствора на процессы кристаллизации водорастворимых кристаллов ЮКЮР (К(ВхН1.х)2Р04) и КЭР (КН2РО4). Актуальность темы связана с перспективами практического применения результатов исследований в технологии выращивания большеапертурных монокристаллов группы КОР. Совершенствование скоростных методов выращивания кристаллов группы КОР высокого оптического качества является одним из приоритетных направлений в технологии создания кристаллических материалов [1]. Кристаллы КЮР и ЮКЮР используются как необходимый материал для изготовления нелинейно-оптических элементов - модуляторов и преобразователей частоты лазерного излучения в мощных установках. Наличие в растворе примесей двух- и трехвалентных металлов существенно изменяет кинетику роста, дефектность и, как следствие, оптическое качество полученных монокристаллов группы КНР. В литературе до настоящего времени отсутствует необходимая для технологии роста количественная информация о влиянии примесей трехвалентных металлов на кристаллизацию ЮКЮР. Мало исследованными остаются явления, возникающие при высоких (0.1-0.3 % вес.) концентрациях примеси трехвалентных металлов в растворе (нитевидный рост кристаллов КЮР). Литературные данные о кинетике роста граней кристаллов КЮР в растворах нестехиометрического состава противоречивы, так как получены в неодинаковых условиях (температуре, пересыщении, гидродинамических условиях, концентрации примесей в реактивах), и поэтому не позволяют провести точный количественный анализ зависимости скоростей роста граней КЮР от состава раствора. Данные исследования полезны также в связи с развитием теории роста некосселевских кристаллов, когда элементарная ячейка состоит из нескольких структурных единиц, часть из которых находится в симметрийно неэквивалентных положениях. Теория роста таких кристаллов находится на этапе разработки, а экспериментальных исследований в этой области мало.
Целью работы является исследование кинетики роста кристаллов ЮКЮР в растворах с добавками ионов железа (III); установление закономерностей роста кристаллов КОР при очень высоком содержании примеси ионов алюминия в растворе; исследование особенностей роста кристаллов КЮР в растворах нестехиометрического состава.

Кювета Держатель с
1 термодатчиком Кристалл
! *
Линза
Полупрозрачное диализат0р зеркало
Опорный фотодиод
Рис.2Л. Схема установки для измерения нормальной скорости роста грани кристалла.
Затравочные кристаллы размером 5x2x2 мм выпиливались из области массивного тетрагонального кристалла БЫЗР с наименьшей плотностью дислокаций. Боковые грани затравки ориентированы параллельно естественным граням {100} большого монокристалла.
Исследуемый кристалл рос в термостатированной кювете из кварцевого стекла. Точность поддержания температуры ультратермостатом равна 0.02 °С. Объем простой кюветы равен 50 мл, кюветы с мешалкой 120 мл. Грани {100} кристалла ПКПР выставлялись перпендикулярно лучу лазера, т.е. угол между оптической осью кристалла и плоскостью поляризации лазера равен 45°. Температура поднималась или опускалась с заданной скоростью и записывалась компьютером. При скорости изменения температуры 1.4 град/час погрешность определения нормальной скорости роста грани {100} ОКЮР на данной установке равна 0.02 мкм/мин.
Перед опытом кювета промывалась бидистиллированной водой. Затравочный кристалл погружался на держателе в кювету в перегретый на 5°С выше точки насыщения раствор. Затем температура раствора опускалась на 8-10 °С ниже температуры насыщения и затравка регенерировалась в течение 30-60 мин в зависимости от температуры раствора. После этого температура раствора устанавливалась на 2-5 °С ниже температуры насыщения и включался ее автоматический подъем.