157224. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nióbiumot tartalmazó, nagy egykristályok növelésére
157224 feszültségmentesen vághatok ki, kocka alakúak, kb. 5 nim-es élhosszúsággal. 4. A csaknem általánosan alkalmazott nagyfrekvenciás^indukciósfűtés a hőmérséklet homogenitása szempontjából kedvezőtlen: A növesztési zónából a kristályok túl gyorsan kerülnek át a ferroélektromos átalakítási hőmérsékleten keresztül a lényegesen alacsonyabb hőmérsékletű tartományokba. Ezért már jiavasolták „after iheater"-ellenállás alkalmazását (K. Nassau et al., J. Phys. Chem. Solids 27, 989 (1966)]. A nagyfrekvenciás generátorok ezen túlmenően igen költséges tégelyhőmérséklet stabilizálást igényelnék. Különleges nehézséget okoz a nagyfrekvenciás teljesítmény fokozatos csökkentése a növesztési folyamat utáni lehűtés során. A találmány olyan eljárásra vonatkozik, amely egy munkafolyamattal, viszonylag igen nagy és emellett színtelen, egydomenű kristályt eredményez. A növesztő berendezés felépítése Az alkalmazott berendezés a hagyományos Zadhralski-féle módszer szerinti. Ebben az esetben, a nagyfrekvenciás fűtéssel dolgozó növesztési imádszerekkel szemben SiC-ellenállásfűtést alkalmazunk. A pl. LiNb03-olvadék platina tégelyben van, amely függőleges, nála háromszor magasabb MgO-kerámiacsőben koncentrikusan áll anélkül, hogy azt érintené. A kerámiacsövet teljes hosszában fűtő elem öleli körül. A hőmérsékletmérés a szabályozás és az ellenőrzés számiára Pt-PtRh (10%) hőelemekkel történik, amelyek közül egy közvetlenül a tégely feneke alatt helyezkedik el. Az alkalmazott szabályozás mellett a termoelemen levő hőmérséklet kb. 1250 C°-nál ± 4 C° pontossággal tartható állandó értéken. A kristálymag, ill. a keletkező kristályok féivezetőek, -kb. 700 C°-tól felfelé ionvezetőek. A kristálymag és az olvadék között az ellenállásfűtés által előidézett rövidzár lehetővé teszi a ferrioelekitromos fázisban végbemenő átalakulás révén keletkező polarizációs töltések távozását. A rövidzár megakadályozza, hogy létrejöjjön egy külső tér, és így nincs szükség arra, hogy e tér számára járulékos energiát használjunk fel. Aluról történő gázáramoltatás lehetővé teszi a kályha-atmoszféra tetszőleges megválasztását. Olyan oxidáló, nedves atmoszférára van szükség, amelyhez indifferens gázok keverhetők. Az adott esetben a létrejött egykristályt ugyanazon a helyen, az olvadáspont alatt, de annak nagyságrendjében levő hőmérsékleten, nedves oxigénben, vagy legalább egy indifferens gázt tartalmazó Oj-keverékben hőkezeijük. Ezzel a berendezéssel reprodukálhatóan olyan nagy, 15—18 m>m átmérőjű, 30—50 mm hosszú, igen tiszta MeNbOs-kristályak vagy szilárd oldatok húzhatók, amelyek kis repedási hajlamot 10 15 20 25 S0 35 40 45 50 55 60 65 mutatnak fel (Me jelentése a bevezetésben ismertetettel azonos). Ellenőrző kísérletek: A) Párhuzamos kísérlet során teljesen azonos feltételek mellett növesztünk, az egyetlen kivételt csupán az képezi, hogy nedves oxigén helyett szárazlat használunk. A lehűtési folyamat során, mint aihogy várható, (repedések lépnek fel az egykristályban, amelyek azt bizonyítják, ,hogy igen tiszta, feszültségmentes, nagy egykristályok előállításához elengedhetetlenül szükséges vízgőz jelenléte a növesztési atmoszférában. B) Egy további párhuzamos kísérletben ismert módszer szerint; egy atomszázaiák MgO-val növesztünk, és utána 02 -atmoszférában hőkezelünk. Olyan feszültségcsökkenést előidéző optimális MgO-koncentrációtartomány van, amelyből nem szabad egyik irányban sem kilépni. Ezek a 'kristályok a növesztő készülékből való kivétel után egytől-egydg megbarnulnak, és csupán elektromos tér rájuk kapcsolásával végrehajtott 02-hőkezelés révén válnak víztisztává. Ennek ellenére -különösen a katódközeiben levő részeiken ezek a kristályok megrepedeztek. A jelenség vizsgálata mutatta, hogy minden MgO^szennyezett kristálynál, 2900 cm_1 -nél egy IR-kettőssáv lép fel. Megállapítottuk, hogy elektromos térben végrehajtott hőkezelés során az MgO hasítása az elektrolitikus folyamat révén elsősorban a katódközeiben történik, míg az anód közelében levő tartományokban nem volt kimutatható az IR-kettőssáv. Ez anódközelben színtelen kristályszerkezetet eredményez, az egész kristályban azonban inhomogenitást idéz elő, és a repedési hajlamot csupán a katódközeiben levő tartományokra tolja el. A találmány szerinti eljárás ezzel szemben a kristálynövesztő berendezés egyidejű egyszerűsödése mellett az alábbi fontos előnyökkel rendelkezik: a) Az egykristály rendkívül nagy tisztasága és homogenitása. b) Nagy (40 mm-nél hosszabb), feszültségmentes, optikailag igen jó minőségű alkáliniobát-, ill. -tantálát kristályok reprodukálható növesztése, amelyek kevés kisszögű szemcsehatárral és ritkán fellépő rendellenességgel közel ideális struktúrával rendelkeznek. c) A maratási ábrákból kitűnik, hogy a növesztés után azok a kristályok, amelyek húzása a C-tengely (001) irányában történt — az elektromos rövidzár következtében — gyakorlatilag csak egy iferroelektromos domenből állnak. Csak egészen kicsiny, másképpen irányított domenű területek lépnek fel. így a kristálynövesztést követő hőkezelés sok esetben teljesen el is hagyható. Ezek az előnyök a nedves, oxidáló atmoszférának (a kristályrácsba sztöchiometrikusan meghatározott H2 0- vagy OH --beépítése nélkül) és a kristálymag és a tégely (ül. olvadék) közti elektromos rövidzár találmány szerinti .?.
