Ֆունկցիոնալ բյուրեղյա նյութեր Հայաստան

Պատրաստման եղանակը

Հալեցման մեթոդ

Հալույթից բյուրեղների աճեցումը խոշոր միաբյուրեղներ և որոշակի ձևերի միաբյուրեղներ պատրաստելու ամենատարածված և կարևոր մեթոդներից մեկն է։

Ժամանակակից տեխնիկական կիրառություններում, ինչպիսիք են էլեկտրոնիկան և օպտիկան, անհրաժեշտ միաբյուրեղային նյութերի մեծ մասը պատրաստվում է հալման աճեցման մեթոդներով, ինչպիսիք են միաբյուրեղային սիլիցիումը, GaAs-ը (գալիումի նիտրիդ), LiNbO3-ը (լիթիումի նիոբատ), Nd:YAG-ն (նեոդիմիումով լեգիրված իտերբիումի ալյումինե նռնակ), Al2O3-ը (սպիտակ թանկարժեք քար) և որոշակի հողալկալային մետաղներ և հողալկալային մետաղների հալոգենացված միացություններ և այլն:

Այլ մեթոդների համեմատ, հալման աճը սովորաբար ունի արագ աճի և բյուրեղների բարձր մաքրության ու ամբողջականության առավելություններ: Հալման մեթոդով բյուրեղների աճի պարզ սկզբունքն այն է, որ բյուրեղների աճեցման համար անհրաժեշտ հումքը հալվի և որոշակի պայմաններում այն ​​պնդացվի՝ վերածվելով մեկ բյուրեղի: Հումքի հալումը և հալույթի պնդացումը երկու հիմնական քայլերն են:

Հալույթը պետք է պնդանա ուղղորդված եղանակով՝ վերահսկվող պայմաններում, և աճի գործընթացն իրականացվում է պինդ-հեղուկ միջերեսի շարժման միջոցով: Հալույթում բյուրեղներ աճեցնելու համար համակարգի ջերմաստիճանը պետք է ցածր լինի հավասարակշռության ջերմաստիճանից: Այն վիճակը, երբ համակարգի ջերմաստիճանը ցածր է հավասարակշռության ջերմաստիճանից, դառնում է ենթասառեցում:

Ենթասառեցման բացարձակ արժեքը ենթասառեցման աստիճանն է, որը ցույց է տալիս համակարգի ենթասառեցման մեծությունը: Ենթասառեցման աստիճանը հալման մեթոդով բյուրեղների աճի շարժիչ ուժն է: Որոշակի բյուրեղային նյութի համար որոշակի ենթասառեցման աստիճանում բյուրեղների աճի տեմպը որոշող հիմնական գործոնը բյուրեղի և հալույթի միջև ջերմաստիճանի գրադիենտի հարաբերական մեծությունն է:

Նորմալ ջերմաստիճանի լուծույթի մեթոդ

Լուծույթից բյուրեղների աճեցումն ունի ամենաերկար պատմությունը և լայնորեն կիրառվում է: Այս մեթոդի հիմնական սկզբունքն է լուծել լուծվող նյութի հումքը լուծիչի մեջ և ձեռնարկել համապատասխան միջոցներ՝ այն լուծույթի գերհագեցած վիճակ ստեղծելու համար, որում աճեցվում են բյուրեղները: Լուծույթի մեթոդն ունի հետևյալ առավելությունները.

1. Բյուրեղները կարելի է աճեցնել իրենց հալման կետից զգալիորեն ցածր ջերմաստիճաններում: Կան բազմաթիվ բյուրեղներ, որոնք քայքայվում են իրենց հալման կետից ցածր կամ ենթարկվում են անցանկալի բյուրեղագրական ձևափոխությունների, իսկ որոշները հալման ժամանակ ունենում են բարձր գոլորշու ճնշում: Լուծույթը թույլ է տալիս այս բյուրեղներին աճել ավելի ցածր ջերմաստիճանում, այդպիսով խուսափելով վերը նշված խնդիրներից: Բացի այդ, ցածր ջերմաստիճաններում բյուրեղների աճեցման համար նախատեսված ջերմային աղբյուրը և աճի տարան ավելի հեշտ է ընտրել:

2. Նվազեցված մածուցիկություն։ Որոշ բյուրեղներ շատ մածուցիկ են հալված վիճակում և չեն կարող բյուրեղներ առաջացնել և սառեցման ժամանակ դառնում են ապակե։

3. այն հեշտությամբ կարող է աճել և դառնալ մեծ, միատարր բյուրեղներ՝ ամբողջական ձևով։

4. Բյուրեղների աճի գործընթացը, որպես կանոն, կարելի է դիտարկել անմիջականորեն, ինչը հեշտացնում է բյուրեղների աճի կինետիկայի ուսումնասիրությունը: Լուծույթի մեթոդի թերություններն են բազմաթիվ բաղադրիչները, բյուրեղների աճին ազդող գործոնների բարդությունը, դանդաղ աճի տեմպը և երկար ժամանակահատվածը (սովորաբար այն տևում է տասնյակ օրեր կամ նույնիսկ մեկ տարուց ավելի):

Բացի այդ, լուծույթի մեթոդը պահանջում է բյուրեղների աճի բարձր ճշգրտություն ջերմաստիճանի կարգավորման մեջ: Լուծույթի մեթոդով բյուրեղների աճի անհրաժեշտ պայմանն այն է, որ լուծույթի կոնցենտրացիան մեծ լինի այդ ջերմաստիճանում հավասարակշռության կոնցենտրացիայից, այսինքն՝ գերհագեցման աստիճանից: Շարժիչ ուժը գերհագեցման աստիճանն է:

Բարձր ջերմաստիճանի լուծույթի մեթոդ

Բարձր ջերմաստիճանի լուծույթի մեթոդը բյուրեղների աճեցման կարևոր մեթոդ է և վաղ ալքիմիայում օգտագործվող միջոցներից մեկն էր: Բարձր ջերմաստիճաններում լուծույթից կամ հալված աղային լուծիչից բյուրեղներ աճեցնելը թույլ է տալիս լուծված փուլին աճել իր հալման կետից զգալիորեն ցածր ջերմաստիճաններում: Այս մեթոդն ունի հետևյալ առավելությունները մյուս մեթոդների համեմատ.

1. Հզոր կիրառելիություն, քանի դեռ կարող եք գտնել համապատասխան հոսքը կամ հոսքերի համադրությունը, կարող եք աճեցնել միայնակ բյուրեղներ:

2. Շատ հրակայուն միացությունների հալման կետը շատ ցնդող է կամ բարձր ջերմաստիճանում, երբ նյութի արժեքը կամ փուլային փոփոխությունը փոխվում է, ինչպես նաև հալված միացությունների ոչ նույնական կազմը չի կարող ուղղակիորեն հալույթից աճել կամ չի կարող աճել լիարժեք բարձրորակ միաբյուրեղներ, հոսքային մեթոդը ցածր ջերմաստիճանում աճի պատճառով ցույց է տալիս եզակի ունակություն՝ պայմանավորված ցածր աճի ջերմաստիճանով։ Հոսքային մեթոդը ցույց է տալիս եզակի ունակություն՝ պայմանավորված ցածր աճի ջերմաստիճանով։

Հալված աղի մեթոդով բյուրեղների պատրաստման թերությունները.

բյուրեղների դանդաղ աճ, հեշտ չէ դիտարկել, հոսքերը հաճախ թունավոր են, բյուրեղի չափը փոքր է, փոխադարձ աղտոտումը բազմաբաղադրիչ հոսքերով։

Այս մեթոդը հարմար է հետևյալ նյութերի պատրաստման համար.

(1) բարձր հալման կետ ունեցող նյութեր;

(2) ցածր ջերմաստիճանում փուլային անցում ունեցող նյութեր;

(3) բաղադրիչներ, որոնցում գոլորշու ճնշումը բարձր է։ Հիմնական սկզբունքը. Բարձր ջերմաստիճանի լուծույթի մեթոդը բյուրեղային նյութի բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում լուծույթ առաջացնելու համար լուծույթ է լուծվում համապատասխան հոսքում, և դրա հիմնական սկզբունքը նույնն է, ինչ սենյակային ջերմաստիճանի լուծույթի մեթոդինը։ Այնուամենայնիվ, հոսքի ընտրությունը և լուծույթի փուլային հարաբերության որոշումը բյուրեղների աճի նախապայման է բարձր ջերմաստիճանի լուծույթի մեթոդում։

Ֆիզիկաքիմիական գոլորշու փուլի մեթոդ

Բյուրեղների աճեցման այսպես կոչված գազային փուլի մեթոդը աճեցվող բյուրեղային նյութը գազային փուլի վերածելն է՝ սուբլիմացիայի, գոլորշիացման և քայքայման գործընթացի միջոցով, այնուհետև համապատասխան պայմաններում այն ​​վերածել հագեցած գոլորշու և խտացման ու բյուրեղացման միջոցով վերածել բյուրեղի։ Գազային փուլի մեթոդով բյուրեղների աճեցման բնութագրերն են՝

1. աճեցված բյուրեղների բարձր մաքրություն;

2. աճեցված բյուրեղների լավ ամբողջականությունը;

3. բյուրեղների դանդաղ աճի տեմպը;

4. մի շարք գործոններ, որոնք դժվար է վերահսկել, ինչպիսիք են ջերմաստիճանի գրադիենտը, գերհագեցման հարաբերակցությունը, կրող գազի հոսքի արագությունը և այլն: Ներկայումս գազային փուլի մեթոդը հիմնականում օգտագործվում է բեղիկների աճի և էպիտաքսիալ թաղանթների աճի համար (միատարր և տարասեռ էպիտաքսիա), մինչդեռ մեծ չափի ծավալային բյուրեղների աճն ունի իր թերությունները:

Գոլորշու փուլի մեթոդը կարելի է բաժանել երկու հիմնական տեսակի՝ ֆիզիկական

Գոլորշու նստեցում (ԳՆՆ). բազմաբյուրեղային նյութերի միաբյուրեղների վերածումը ֆիզիկական միաձուլման միջոցով, ինչպիսիք են սուբլիմացիոն-խտացումը, մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիան և կաթոդային փոշիացումը։

Քիմիական գոլորշու նստեցում (ՔԳՆ). Բազմաբյուրեղային հումքի գազային փուլի միջոցով միաբյուրեղների վերածումը քիմիական գործընթացների միջոցով, ինչպիսիք են քիմիական փոխադրման մեթոդը, գազի քայքայման մեթոդը, գազի սինթեզի մեթոդը և ՔԳՆՎ մեթոդը։