RU2131951C1

RU2131951C1 - Method of preparing threadlike zinc oxide crystals

Info

Publication number: RU2131951C1
Application number: RU97110470A
Authority: RU
Inventors: Б.М. Атаев; И.К. Камилов; В.В. Мамедов
Original assignee: Институт физики Дагестанского научного центра РАН
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: crystal growing. SUBSTANCE: threadlike zinc oxide crystals useful in semiconductor engineering are grown in air using continuous carbon dioxide laser emission. EFFECT: enabled formation of crystals with no seeds and crystallization chambers. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения. Размеры, форма и связанные с ними специфические свойства нитевидных кристаллов делают их привлекательными объектами для различных применений в науке и технике: в физике - объекты для изучения размерных эффектов, а также кинетики роста кристалла вообще в приближении одномерного случая, в технике - активные элементы автоэмиссионных приборов, тензодатчики и т.д. The invention relates to the field of semiconductor materials science. The size, shape and specific properties of whiskers associated with them make them attractive objects for various applications in science and technology: in physics, objects for studying size effects, as well as crystal growth kinetics in general in the one-dimensional case approximation, in technology, active elements of field emission devices load cells, etc.

Известна тенденция оксида цинка к формированию игольчатого габитуса нитевидных монокристаллов, вытянутых вдоль оси C, при традиционных методах роста (см., например, [1, 2]). Известно также об использовании лазерного нагрева для выращивания монокристаллов по крайней мере оксидных материалов: Al₂O₃, La₂Ti₂O₇, Y₃Al₅O₁₂, Eu₂Ti₂O₇ и др. (см., например, [3,4]).There is a known tendency for zinc oxide to form a needle-like habit of whisker single crystals elongated along the C axis with traditional growth methods (see, for example, [1, 2]). It is also known about the use of laser heating for growing single crystals of at least oxide materials: Al ₂ O ₃ , La ₂ Ti ₂ O ₇ , Y ₃ Al ₅ O ₁₂ , Eu ₂ Ti ₂ O ₇ and others (see, for example, [ 3.4]).

Техническим результатом данного изобретения является получение нитевидных кристаллов оксида цинка без затравок и кристаллизационных камер - на воздухе с использованием излучения CO₂-лазера непрерывного действия.The technical result of this invention is to obtain whiskers of zinc oxide without seeds and crystallization chambers in air using radiation from a continuous CO ₂ laser.

В экспериментах использовался серийный лазер непрерывного излучения ЛГ-25 на CO₂ мощностью 25 Вт. При фокусировке Ge-линзой с f=20 см плотность мощности на поверхности таблетки превышала 10⁵ Вт/см². Предварительно спрессованные из порошка оксида цинка марки ОСЧ таблетки, размерами L ~1 cм и D ~ 1 cм, отжигались в муфельной печи при T ~ 800^oC в течение 1 часа для обеспечения механической прочности. Процедура облучения занимала 1-3 мин. За короткое время (~10 сек) в локальной области облучения температура достигает величины (непосредственные измерения затруднены как размерами области, так и существенным градиентом температур), необходимой для разложения (T > 1750^oC) и, возможно, плавления (T > 1950^oC) оксида цинка. Размер кратера в области облучения в зависимости от времени и исходной плотности мощности достигал 3 - 4 мм. На краях кратера образуются бугорки - утолщения, видимые невооруженным глазом. При наблюдении под микроскопом с небольшим увеличением (10-100) отчетливо видно, что край кратера состоит из дискретных яйцевидных образований размерами порядка 1 мм, отстоящих друг от друга на таком же расстоянии. На чертеже приведена микрофотография фрагмента края кратера, полученная при увеличении х 25. Можно видеть, что нитевидные кристаллы растут в радиальных направлениях на каждом из таких образований, исключая их внутреннюю коническую поверхность, близкую к зоне облучения. Размеры этих кристаллов вдоль оси C достигали нескольких мм, а в перпендикулярных к оси C направлениях - нескольких мкм.In the experiments, an LG-25 serial CO ₂ laser with a power of 25 W was used. When focusing with a Ge lens with f = 20 cm, the power density on the tablet surface exceeded 10 ⁵ W / cm ² . Tablets pre-compressed from a powder of zinc oxide of the OSCH grade, with sizes L ~ 1 cm and D ~ 1 cm, were annealed in a muffle furnace at T ~ 800 ^o C for 1 hour to ensure mechanical strength. The irradiation procedure took 1-3 minutes. In a short time (~ 10 sec) in the local irradiation region, the temperature reaches a value (direct measurements are complicated by both the size of the region and a significant temperature gradient) necessary for decomposition (T> 1750 ^o C) and, possibly, melting (T> 1950 ^o C) zinc oxide. The crater size in the irradiation region, depending on time and the initial power density, reached 3-4 mm. On the edges of the crater tubercles form - thickenings visible to the naked eye. When observed under a microscope with a small increase (10-100), it is clearly seen that the edge of the crater consists of discrete ovoid formations about 1 mm in size, spaced at the same distance from each other. The drawing shows a micrograph of a fragment of the edge of the crater, obtained at a magnification of x 25. It can be seen that whiskers grow in radial directions on each of these formations, excluding their inner conical surface close to the irradiation zone. The dimensions of these crystals along the C axis reached several mm, and in the directions perpendicular to the C axis several microns.

Список литературы
1. Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. - М.: Наука, 1977, 300 с.List of references
1. Givargizov E.I. The growth of whiskers and lamellar crystals of steam. - M .: Nauka, 1977, 300 p.

2. Park Y.S., Reynolds D.C.J. of Appl. Phys. 1967, v. 38, N 2, p. 756-760. 2. Park Y.S., Reynolds D.C.J. of Appl. Phys. 1967, v. 38, N 2, p. 756-760.

3. Реди Дж. Действие мощного лазерного излучения. - М.: Мир, 1974, 450 с. 3. Redi J. The action of high-power laser radiation. - M.: Mir, 1974, 450 p.

4. Рябченков В.В. Синтез тугоплавких монокристаллов в условиях лазерного нагрева. Автореферат кандидатской диссертации. - М., ИКАН, 1987, 18 с. 4. Ryabchenkov VV Synthesis of refractory single crystals under conditions of laser heating. Abstract of the candidate dissertation. - M., IKAN, 1987, 18 p.

Claims

A method of growing whiskers of zinc oxide, characterized in that the growth is carried out in air using radiation from a continuous CO ₂ laser.