Beredning av enstaka kristaller enligt zonuppvärmningsmetod

Beredning av enstaka kristaller enligt zonuppvärmningsmetod.

Bland många andra metoder som tillhör samma familj som Czochralski-metoden, Vi borde vara intresserade av ytterligare en zonsmältningsmetod. Denna metod används för två olika ändamål: växa enstaka kristaller och rena enstaka kristaller från skadliga föroreningar. Det är en av de yngsta metoderna - utvecklade och användes för att rena metaller för bara trettio år sedan, i år 1952, av amerikanen W.. G. Pfanna, och först mycket senare anpassad till odlingen av enstaka kristaller.

Polykristallin, material som består av många små kristaller, från vilken vi vill få en enda kristall, placeras i en speciell degel, ett båtformat fartyg, gjord av ett material med hög smältpunkt, icke-reaktivt med materialet i den enda kristallen som odlas, och utsattes för uppvärmning.

Detta är dock mycket speciell uppvärmning. Enligt metodens namn värms bara en mycket smal zon av materialet tills det smälter. Om vi ​​värmer börjar vi bara från ena änden av materialet, och vi kommer att flytta källan till hög temperatur mot andra änden, sedan smälter vi den längs hela dess längd. Men varje gång värmekällan rör sig smälter bara en, smalt lager av material. Det blir svalare framför och bakom henne, temperaturen stiger framför värmekällan - materialet smälts, och bakom den vandrande värmekällan sjunker temperaturen – det tidigare smälta materialet stelnar och kristalliserar. När temperaturskillnaden mellan vätskeskiktet och stelningsskiktet och rörelseshastigheten för den smälta zonen blir motsvarande liten, den enskilda kristallen kommer att växa under stelning.

Huvudsakligen organiska kristaller odlas genom zonsmältning, men också ädelstenar, och bland dem redan kända syntetiska yttrium-aluminium granat. Dessutom underlättar denna metod framställning av YAG-enkristaller, eftersom det inte kräver smältning av ingredienser i förväg. Det räcker att blanda mycket finfördelat yttrium och aluminiumoxider, värm upp till låg temperatur under ett visst tryck och forma till önskad form genom sintring, t.ex.. bekämpa. Denna rulle sätts in i cylindern av kvartsglas, vi utsätter processen för zonsmältning och vi får en färdig enda kristall.

På samma sätt kan vi också få en enda kristall… vatten, alltså en isrulle med en perfekt ordnad invändig struktur. Skillnaden mellan is- och granatäpplekristallisation är bara en temperatur hos värmekällan, vilket orsakar zonsmältning. I zonsmältningsprocessen används induktionsuppvärmning på samma sätt som för ythärdning av stål, och under iskristallisation… frysning.

Processen att rena enstaka kristaller med zonsmältningsmetoden är identisk, som odlingsprocessen med en kristall och är oskiljaktigt kopplad till den. Vid kristallisering nedströms vätskezonen avvisas alla föroreningar från den växande kristallens yta, vilket är ett naturligt inslag i alla kristallisationsprocesser. Den enda, som vi vet, villkoret för att erhålla mycket rena kristaller är att de växer mycket långsamt. I kristalliseringsprocessen lockar den växande kristallen de joner den behöver, atomer eller molekyler, och det stöter bort främmande element. Så om zonens smältning är tillräckligt långsam, alla orenheter kommer att förbli i den smälta zonen och kommer att röra sig med denna zon till ena änden av kristallen. När vi bryr oss om mycket rena kristaller, denna process upprepas flera gånger, och slutet på en enda kristall, där alla orenheter har samlats, vi skär.

Men det händer ibland, särskilt när det gäller ädelstenar, att vi medvetet inför föroreningar i enstaka kristaller. Vi tycker att de är användbara. Trots allt beror ädelstenarnas färg på föroreningarna. Det händer, att vi vill fördela orenheterna jämnt genom hela kristallvolymen. Detta gäller till exempel för. enkla kristaller som används vid konstruktion av kristalllasrar, sålunda också en silverfärgad neodymium YAG-kristall. Bör zonsmältningsmetoden överges i sådana fall?? Tvärtom. Med den här metoden kan vi till och med öka homogeniteten i föroreningsfördelningen. Det finns ett villkor. I stället för att flytta den smälta zonen flera gånger i en riktning, som i zonrengöringsprocessen, t.ex.. från vänster till höger ände av kristallen, vi smälter den enda kristallen flera gånger, men flyttar värmekällan växelvis en gång åt vänster, en gång till höger. Vi kommer att få en homogen enda kristall, perfekt för att bygga en laser.

Zonsmältningsmetoden har också flera olika variationer.

Förutom de horisontella metoderna finns det vertikala degelmetoder. Det finns också vertikala icke-degelmetoder, där det smälta lagret av material inte vilar mot degelns väggar, a sprider sig inte i sidled på grund av vätskans ytspänning. Det samma, vilket håller stålnålen fint placerad på vattenytan.