Изобретение относится к твердофазному синтезу шихты для выращивания монокристаллов галлийсодержащих оксидных соединений, а более конкретно к способу твердофазного синтеза шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого ниобата методом Чохральского. Известен способ синтеза шихты для выращивания галлийсодержащих оксидных соединений монокристаллов путем нагрева смесей, соответствующих химически чистых оксидов, взятых в стехиометрическом соотношении до температуры 1150-1200oС с последующей выдержкой при этой температуре в течение 4-5 часов (Монолитные фильтры на основе кристаллов лангасита, работающие на основных колебаниях-сдвига /Сахаров С.А., Ларионов И.М., Медведев А.В./ Зарубежная радиоэлектроника, N 9-10, 1994).The invention relates to solid-phase synthesis of a mixture for growing single crystals of gallium-containing oxide compounds, and more particularly, to a method for solid-phase synthesis of a mixture for growing single crystals of lanthanum gallium niobate by the Czochralski method. A known method of synthesis of a mixture for growing gallium-containing oxide compounds of single crystals by heating mixtures of the corresponding chemically pure oxides taken in a stoichiometric ratio to a temperature of 1150-1200 o With subsequent exposure at this temperature for 4-5 hours (Monolithic filters based on langasite crystals, working on the basic oscillations-shift / Sakharov S.A., Larionov I.M., Medvedev A.V. / Foreign Radio Electronics, N 9-10, 1994).
Недостатком данного способа является то, что получают многофазную смесь, содержание в которой конечного продукта составляет менее 5%, а более 90% - смесь галлата лантана и оксида галлия, что при последующем направлении способствует улетучиванию оксида галлия, а, следовательно, нарушению стехиометрического состава используемых для синтеза оксидов, что значительно снижает качество получаемых монокристаллов. The disadvantage of this method is that a multiphase mixture is obtained, the content of which the final product is less than 5%, and more than 90% is a mixture of lanthanum gallate and gallium oxide, which in the subsequent direction contributes to the volatilization of gallium oxide, and, consequently, the violation of the stoichiometric composition used for the synthesis of oxides, which significantly reduces the quality of the obtained single crystals.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ твердофазного синтеза шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого ниобата (La3Ga5,5Nb0,5O14) (Милль Б. В. и др. "Доклады АН СССР", 1982, т. 264, N 6, с. 1385-1389), согласно которому смешивают исходные оксиды, прессуют, нагревают до 1410-1430o и спекают.The closest in technical essence and the achieved result is a method of solid-phase synthesis of a mixture for growing single crystals of lantangallium niobate (La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ) (Mill B. V. et al. "Doklady AN SSSR", 1982, t 264, No. 6, pp. 1385-1389), according to which the starting oxides are mixed, pressed, heated to 1410-1430 ° and sintered.
Недостатком данного способа является трудоемкость процесса из-за использования промежуточных операций, а, следовательно, использование дополнительного оборудования и соответственно дополнительных веществ, что приводит к загрязнению шихты; невозможность получения профилированных таблеток шихты лантангаллиевого ниобата. The disadvantage of this method is the complexity of the process due to the use of intermediate operations, and, therefore, the use of additional equipment and, accordingly, additional substances, which leads to contamination of the charge; the impossibility of obtaining profiled tablets of the mixture of lantangallium niobate.
Задачей предлагаемого изобретения является получение в компактном рациональном виде (в форме профилированных таблеток) поликристаллической шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого ниобата и сокращение предварительных операций на ее подготовку с тем, чтобы создать экономичный рациональный процесс получения высококачественных монокристаллов. The objective of the invention is to obtain in a compact rational form (in the form of shaped tablets) a polycrystalline mixture for growing lantangallium niobate single crystals and reducing the preliminary operations for its preparation in order to create an economical rational process for producing high-quality single crystals.
Указанная техническая задача решается за счет того, что в известном способе твердофазного синтеза шихты, включающем смешивание исходных оксидов элементов, входящих в состав формулы выращиваемого монокристалла (La3Ga5,5Nb0,5 O14), взятых в определенном соотношении, нагрев их до температуры синтеза 1410-1430oC и спекание, смешивание исходных оксидов происходит в соотношении, La2O3:Ga2O3:Nb2O5 = 7,35:(7,77-7,79):1, а спекание осуществляют в течение 6 часов.The specified technical problem is solved due to the fact that in the known method of solid-phase synthesis of the mixture, which involves mixing the initial oxides of the elements included in the formula of the grown single crystal (La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ), taken in a certain ratio, heating them to a synthesis temperature of 1410-1430 o C and sintering, mixing of the starting oxides occurs in the ratio La 2 O 3 : Ga 2 O 3 : Nb 2 O 5 = 7.35: (7.77-7.79): 1, and sintering is carried out for 6 hours.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что смешение исходных оксидов лантана, галлия и ниобия происходит в соотношении La2O3:Ga2O3:Nb2O5 = 7,35: (7,77-7,79): 1, а спекание осуществляют в течение 6 часов. Использование в способе определенного соотношения исходных оксидов, а именно La2O3: Ga2O3: Nb2O5 = 7,35: (7,77-7,79):1 позволяет избежать нарушение стехиометрии в расплаве при последующем выращивании монокристаллов, а, следовательно, получить высококачественные монокристаллы лантангаллиевого ниобата. Спекание же смеси в течение 6 ч позволяют получить профилированные таблетки шихты лантангаллиевого ниобата, которые дают возможность при выращивании монокристаллов проводить наплавление шихты за один прием и получать более качественные кристаллы за счет меньшего нарушения стехиометрического состава шихты. Спекание смеси менее 6 часов не дает возможности получать таблетированную шихту, которая влияет на качество монокристаллов, а выдержка более 6 часов экономически нецелесообразна.A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that the mixture of the initial oxides of lanthanum, gallium and niobium occurs in the ratio La 2 O 3 : Ga 2 O 3 : Nb 2 O 5 = 7.35: (7, 77-7.79): 1, and sintering is carried out for 6 hours. The use of a certain ratio of the starting oxides in the method, namely La 2 O 3 : Ga 2 O 3 : Nb 2 O 5 = 7.35: (7.77-7.79): 1, avoids the violation of stoichiometry in the melt during the subsequent growth of single crystals , and, therefore, to obtain high-quality single crystals of lantangallium niobate. Sintering the mixture for 6 hours makes it possible to obtain profiled tablets of a charge of lanthanum gallium niobate, which make it possible to deposit the mixture in one step during the growth of single crystals and to obtain better crystals due to less violation of the stoichiometric composition of the mixture. Sintering the mixture for less than 6 hours makes it impossible to obtain a pelletized charge, which affects the quality of single crystals, and exposure for more than 6 hours is not economically feasible.
Примеры конкретного выполнения (см. табл. 1): 330 г исходной смеси, в которой соотношение La2O3:Ga2O3:Nb2O5 = 7,35:(7,77-7,79):1 смешивали в полиэтиленовой банке с использованием смесителя типа "пьяной бочки", загружали в алундовый тигель, а именно в пространство между его внутренними стенками и алундовой трубкой, установленной в центральной части тигля. Диаметр алундового тигля был 60 мм, равный диаметру иридиевого тигля, из которого в дальнейшем выращивали монокристалл лантангаллиевого ниобата. Тигель устанавливали в печь и проводили нагрев до 1420oC и выдержку в течение 6 ч. В результате спекания получали профилированную таблетку с отверстием вдоль ее оси. Результаты опытов представлены в таблице. Спекание трех навесок исходной смеси оксидов, массой 330 г каждая, позволяет получить три профилированных таблетки, общий вес которых дает возможность сразу наплавить полный объем иридиевого тигля, из которого в дальнейшем будет выращиваться монокристалл.Examples of specific performance (see table. 1): 330 g of the initial mixture in which the ratio of La 2 O 3 : Ga 2 O 3 : Nb 2 O 5 = 7.35: (7.77-7.79): 1 was mixed in a plastic jar using a drunk barrel type mixer, they were loaded into an alundum crucible, namely, into the space between its inner walls and an alundum tube installed in the central part of the crucible. The diameter of the alundum crucible was 60 mm, equal to the diameter of the iridium crucible, from which a single crystal of lantangallium niobate was subsequently grown. The crucible was installed in an oven and heated to 1420 ° C and held for 6 hours. As a result of sintering, a shaped tablet was obtained with an opening along its axis. The results of the experiments are presented in the table. Sintering of three weighed portions of the initial oxide mixture, each weighing 330 g, makes it possible to obtain three shaped tablets, the total weight of which makes it possible to immediately deposit the full volume of the iridium crucible, from which a single crystal will be grown in the future.
Таким образом, заявленный способ позволяет получать качественную поликристаллическую шихту в рациональном (таблетированном), компактном виде для выращивания монокристаллов лантангаллиевого ниобата. Из синтезированной шихты были выращены монокристаллы лантангаллиевого ниобата диаметром 1,5 и 2 дюйма. Thus, the claimed method allows to obtain high-quality polycrystalline charge in a rational (tableted), compact form for growing single crystals of lantangallium niobate. Single crystals of lanthan gallium niobate with a diameter of 1.5 and 2 inches were grown from the synthesized charge.
Предложенный способ твердофазного синтеза шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого ниобата позволяет:
- сократить количество предварительных операций;
- получить профилированные таблетки необходимой массы и размеров для заполнения всего объема иридиевого тигля при выращивании из него монокристалла;
- избежать нарушения стехиометрии расплава, так как синтезированные таблетки полностью используются при наплавлении их в тигель, а, следовательно, получать однородные по своему составу монокристаллы.The proposed method of solid-phase synthesis of a mixture for growing single crystals of lantangallium niobate allows you to:
- reduce the number of preliminary operations;
- get shaped tablets of the required weight and size to fill the entire volume of the iridium crucible when growing a single crystal from it;
- to avoid violation of the stoichiometry of the melt, since the synthesized tablets are fully used when fusing them into a crucible, and, therefore, to obtain single crystals uniform in composition.