Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Макронеоднородность кристалловПод макронеоднородностью следует понимать неоднородность свойств кристалла, вызванную неоднородным распределением микродефектов. Макронеоднородность проявляется прежде всего как неоднородность показателей преломления и коэффициента поглощения кристалла. В лазерных кристаллах, содержащих значительное количество примеси активатора, следует прежде всего рассматривать неоднородность распределения примеси и неоднородность, вызванную отклонением от стехиометрии. В рубине, выращенном методом Вернейля, основной является осевая макронеоднородность, появляющаяся в результате неравномерной подачи примеси с шихтой. Такая концентрационная неоднородность визуально проявляется как полосчатость окраски стержней рубина. При выращивании методом Чохральского типичной неоднородностью является ростовая полосчатость, возникающая из-за вращения кристалла в неоднородном температурном поле или из-за колебаний параметров, характеризующих процесс роста кристалла. Ростовая полосчатость создает осевую неоднородность, которая не слишком «опасна» для лазерных элементов, так как не приводит к искажению фронта волны генерируемого излучения, т.е. не создает концентрационной линзы. Ростовую полосчатость можно подавлять, усиливая перемешивание или уменьшая температурный градиент, что не всегда возможно. Например, снижение градиента температуры нежелательно при выращивании ИАГ, так как это способствует развитию так называемого «объемного дефекта» [48 - 50]. Ускорение перемешивания при сохранении скорости вращения можно получить, увеличивая относительный объем тигля, применяя тигли с отношением диаметра к высоте больше единицы (3 или 2), что не всегда возможно. Основной формой макронеоднородносги в ИАГ, выращенных методом Чохральского, является «объемный дефект» (проявление так называемого гранного роста). Этот дефект проявляется как оптическая неоднородность при взгляде вдоль оси роста, имеющая вид 4-, 3-и 2-лепестковой розетки («фасетки») в зависимости от того, какая ось симметрии (4-, 3- или 2-го порядка) совпадает с направлением роста кристалла. Неоднородность этого типа проявляется и в поглощении света, и в неоднородности термолюминесценции. Очевидная связь объемного дефекта с симметрией кристалла указывает на его связь с гранным ростом кристалла. Действительно, при отрыве кристалла ИАГ от расплава можно видеть на фронте кристаллизации участки плоских граней Грани ромбододекаэдра -
Рис. 2.10. Сеченне фронта кристаллизации граната плоскостями одной из простых форм соответсгвует развитию плоской грани ( Локальными макродефектами, т.е. дефектами, размер которых много больше размера атома, чаще всего являются выделения второй фазы, образуемые ионами основных компонентов (например, Образование макродефектов, их вид и состав зависят от условий кристаллизации, состава шихты, материала контейнера, состава газовой атмосферы. Причинами образования макродефектов в кристаллах системы 1. Изменение стехиометрии расплава из-за потери кислорода при выращивании кристаллов в вакууме или восстановительной атмосфере. 2. Перенос материала контейнера в расплав, что особенно сильно проявляется при выращивании кристаллов из молибденовых контейнеров. 3. Длительная выдержка расплава при температурах, близких к температуре кристаллизации (состав кристалла нарушается из-за селективного испарения), или переохлаждение расплава. 4. Избыточное содержание примеси-активатора. 5. Распад твердого раствора при длительном высокотемпературном отжиге. Важнейшим процессом, определяющим образование макровключений, является нарушение состава расплава из-за реакций термической диссоциации соединений, составляющих расплав, и взаимодействие продуктов этой реакции с материалом контейнера, газовой атмосферой и кристаллом. Одним из следствий термической диссоциации оксидов в расплаве является образование газовых пузырей, которые скапливаются на фронте кристаллизации и могут захватываться растущим кристаллом. Другим следствием является повышение реакционной способности расплава по отношению к материалу контейнера. Тугоплавкие материалы, из которых могут быть изготовлены контейнеры для выращивания оксидных кристаллов, имеют различную стойкость по отношению к оксидам В образовании газовых включений существенную роль может сыграть присутствие в шихте и газовой среде примесей углерода и водорода. В частности, образование пузырей при выращивании кристаллов методом Вернейля объясняют растворением в кристалле газообразного водорода и воды. Присутствие в шихте углерода может быть причиной образования в расплаве газообразных соединений Распределение газовых пузырей в кристалле зависит от условий выращивания. Кроме хаотичного распределения могут возникать ростовая полосчатость и ячеистая структура. Ростовая полосчатость связана с колебаниями условий кристаллизации. Захват твердых и газовых включений, оттесняемых фронтом кристаллизации, происходит во время ускорения движения фронта. В результате возникают области с повышенной плотностью включений, по форме повторяющие форму изотермы кристаллизации. При выращивании кристалла методом Чохральского периодичность полос роста может задаваться вращением кристалла, колебанием скорости подъема, колебанием мощности нагревателя и т.д. Размер частиц и газовых пузырей, захватываемых кристаллом, определяется амплитудой колебания жима: чем большее расстояние проходит фронт за время одной флуктуации режима, тем большего размера включение может быть захвачено кристаллом. Поскольку рост амплитуды колебаний режима кристаллизации обычно коррелирует с ростом скорости движения фронта кристаллизации, то и размер захватываемых включений обычно возрастает с ростом скорости кристаллизации. Размер частиц, захватываемых кристаллом из-за колебаний температуры, зависит от градиента температуры на фронте кристаллизации: при данном колебании температуры перемещение фронта кристаллизации Другой важнейшей причиной захвата примесей и включений является концентрационное переохлаждение, которое порождает не только ростовую полосчатость, но и ячеистую структуру. Ячеистая (фасетная) структура характерна для кристаллов всех соединений системы Примеси и включения оттесняются фронтом кристаллизации, и вблизи поверхности роста образуется слой расплава, обогащенный примесями и включениями. Температура ликвидуса в этом слое понижается и любые выступающие части поверхности раздела кристалл - расплав ускоряют рост кристалла, а впадины - замедляют, так как находятся в контакте с более переохлажденным расплавом. В результате примеси и включения оттесняются во впадины и затем захватываются кристаллом. Кристалл растет в виде сростка параллельных столбиков. Таким образом возникает ячеистая структура. Снижению вероятности образования ячеистой структуры способствует повышение градиента температуры, так как это сглаживает фронт кристаллизации. В частности, в ИАГ ячеистая структура обычно возникает при
|
1 |
Оглавление
|