Fremstilling av enkeltkrystaller etter sonevarmemetode

Fremstilling av enkeltkrystaller etter sonevarmemetode.

Blant mange andre metoder som tilhører samme familie som Czochralski-metoden, Vi bør være interessert i en sonesmeltingsmetode til. Denne metoden brukes til to forskjellige formål: dyrking av enkeltkrystaller og rensing av enkeltkrystaller fra skadelige urenheter. Det er en av de yngste metodene - utviklet og brukt til å rense metaller for bare tretti år siden, i år 1952, av amerikanske W.. G. Pfanna, og først mye senere tilpasset dyrking av enkeltkrystaller.

Polykrystallinsk, materiale som består av mange små krystaller, hvorfra vi ønsker å få en enkelt krystall, er plassert i en spesiell smeltedigel, et båtformet fartøy, laget av et materiale med høyt smeltepunkt, ikke-reaktivt med materialet til den enkle krystall som dyrkes, og utsatt for oppvarming.

Dette er imidlertid veldig spesiell oppvarming. I følge navnet på metoden blir bare en veldig smal sone av materialet oppvarmet til den smelter. Hvis vi varmer opp, starter vi bare fra den ene enden av materialet, og vi vil flytte kilden til høy temperatur mot den andre enden, så bringer vi den til en smelte over hele dens lengde. Men hver gang varmekilden beveger seg, vil bare en smelte, smalt lag med materiale. Det blir kjøligere foran og bak henne, temperaturen stiger foran varmekilden - materialet smelter, og bak vandrende varmekilde går temperaturen ned – det tidligere smeltede materialet stivner og krystalliserer. Når temperaturforskjellen mellom væskelaget og størkningslaget og bevegelseshastigheten til den smeltede sonen vil være tilsvarende liten, enkeltkrystallet vil vokse under størkning.

Hovedsakelig organiske krystaller dyrkes ved sonesmelting, men også edelstener, og blant dem allerede kjente syntetiske yttrium-aluminium granat. Videre forenkler denne metoden fremstilling av YAG-enkrystaller, fordi det ikke krever smelting av ingredienser på forhånd. Det er nok å blande veldig finfordelt yttrium og aluminiumoksider, varme opp til lav temperatur under et visst trykk og form til ønsket form ved sintring, f.eks.. slåss. Denne rullen settes inn i sylinderen laget av kvartsglass, vi utsetter prosessen for sonesmelting og vi oppnår en ferdig enkeltkrystall.

På samme måte kan vi også få en enkelt krystall… vann, dermed en isrulle med en perfekt ordnet indre struktur. Forskjellen mellom is- og granateplekrystallisering er bare en temperatur på varmekilden, som forårsaker sonesmelting. I sonesmeltingsprosessen brukes induksjonsoppvarming på samme måte som for overflateherding av stål, og under iskrystallisering… frysing.

Prosessen med å rense enkeltkrystaller ved sonesmeltingsmetoden er identisk, som kultivasjonsprosessen for enkeltkrystall og er uadskillelig forbundet med den. Ved krystallisering nedstrøms flytende sone frastøtes alle urenheter fra den voksende krystallens overflate, som er et naturlig trekk ved enhver krystallisasjonsprosess. Den eneste, Som vi vet, vilkåret for å oppnå veldig rene krystaller er at de vokser veldig sakte. I krystalliseringsprosessen tiltrekker den voksende krystall ionene den trenger, atomer eller molekyler, og det frastøter fremmede elementer. Så hvis sonesmeltingsprosessen er treg nok, alle urenheter vil forbli i den smeltede sonen og vil bevege seg med denne sonen til den ene enden av krystallet. Når vi bryr oss om veldig rene krystaller, denne prosessen gjentas flere ganger, og slutten av en enkelt krystall, der alle urenhetene har samlet seg, vi kutter.

Imidlertid skjer det noen ganger, spesielt når det gjelder edelstener, at vi bevisst introduserer forurensninger i enkeltkrystaller. Vi finner dem nyttige. Tross alt avhenger fargen på edelstenene av forurensningen. Det skjer, at vi vil fordele urenhetene jevnt over hele krystallvolumet. Dette gjelder for eksempel. enkle krystaller som brukes i konstruksjonen av krystalllasere, dermed også et sølvfarget YOD-krystall. Bør sonesmeltingsmetoden forlates i slike tilfeller?? Tvert imot. Ved å bruke denne metoden kan vi til og med øke homogeniteten til forurensningsfordelingen. Det er en tilstand. I stedet for å flytte den smeltede sonen flere ganger i en retning, som i renseprosessen for soner, f.eks.. fra venstre til høyre ende av krystallet, vi smelter enkeltkrystallen flere ganger, men flytter varmekilden vekselvis en gang til venstre, en gang til høyre. Vi vil oppnå en homogen enkeltkrystall, perfekt for å bygge en laser.

Sonesmeltingsmetoden har også flere forskjellige variasjoner.

I tillegg til de horisontale metodene, er det vertikale digelmetoder. Det er også vertikale ikke-smeltedigelmetoder, hvor det smeltede laget av materiale ikke hviler mot digelens vegger, a sprer seg ikke sidelengs på grunn av væskens overflatespenning. Det samme, som holder stålnålen fint plassert på vannoverflaten.