УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ОКСИДА ЦИНКА

Полезная модель относится к гидротермальному синтезу кристаллов, в частности к устройствам для выращивания кристаллов оксида цинка, которые, являясь хорошими пьезоэлектриками с высоким коэффициентом электромеханической связи, могут быть использованы в пьезоэлектронике, акустооптоэлектронике и других областях науки и техники.
Известно устройство для выращивания кристаллов оксида цинка, содержащее сосуд высокого давления и затравочные пластины, произвольно размещенные на серебряном стержне («Гидротермальное выращивание отдельных кристаллов окиси цинка», журнал «Ули», 1976, №1, т.5, с.6-10, 64).
Однако выращенные в известном устройстве кристаллы имеют многочисленные дислокации, снижающие их качество, а использование в устройстве серебряного цилиндра не обеспечивает стабилизации процесса роста вследствие низких физико-механических свойств благородных металлов. Кроме того, произвольное размещение в одном опыте затравочных пластин различных срезов не позволяет эффективно использовать рабочий объем сосуда высокого давления, что существенно увеличивает энергетические затраты на получение кристаллов.
Известно также устройство для выращивания кристаллов оксида цинка, содержащее герметичный сосуд высокого давления и размещенные в верхней его части на контейнерах затравочные пластины, ориентированные параллельно моноэдрическим граням (0001) (см. патент РФ №2198250, МПК С 30 В 7/10, 2003).
Это известное устройство является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.
Однако размещение затравочных пластин в объеме контейнера по возможности равномерно не позволяет обеспечить достижение оптимальной производительности производства кристаллов. К тому же при таком размещении затравочных пластин высока вероятность получения дефектных кристаллов.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание такого устройства для выращивания кристаллов оксида цинка, в котором выращенные кристаллы имели бы высокое качество, а сам процесс был бы прост и дешев.
Поставленная задача в предлагаемой полезной модели, содержащей герметичный сосуд из коррозионно-стойкого материала и размещенные в верхней его части затравочные пластины, ориентированные параллельно моноэдрическим граням (0001), решается за счет того, что затравочные пластины размещены в параллельных друг другу вертикальных плоскостях, при этом в каждой плоскости всех затравочных пластин оси +Z параллельны, а в соседних плоскостях направлены противоположно, причем расстояние между плоскостями, в которых расположены грани положительного моноэдра, в 4-5 раз больше, чем в плоскостях, в которых расположены грани отрицательного моноэдра.
Далее полезная модель поясняется чертежом, на котором она изображена в поперечном сечении.
Устройство для выращивания кристаллов оксида цинка содержит сосуд высокого давления 1 с вкладышем (футеровкой) 2
из титанового сплава или никеля, в нижней зоне 3 (зоне растворения) которой размещена шихта из оксида цинка, а в верхней 4 (зоне кристаллизации) подвешены затравочные пластины 5 в виде пластинок, ориентированных параллельно моноэдрическим граням (0001), при этом в каждой плоскости у всех затравочных пластин оси +Z параллельны, а в соседних плоскостях - направлены противоположно. Расстояние между плоскостями, в которых расположены грани положительного моноэдра, в 4-5 раз больше, чем между плоскостями, в которых расположены грани отрицательного моноэдра.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В зону растворения 3 загружают шихту, вкладыш 2 заливают водным раствором 4 моль КОН+0,5 моль LiOH, затем его герметизируют. Далее вкладыш помещают в сосуд высокого давления 1, который заливают дистиллированной водой. Потом сосуд герметизтруют и нагревают, устанавливают температуру в зоне растворения 3 - 350°С, а зоне кристаллизации 4 - 340°С, т.е. температурный перепад составляет 10°С. Процесс ведут в течение 100 суток. Затем сосуд высокого давления 1 охлаждают и извлекают из него выращенные кристаллы.
Как показали проведенные опыты, выращенные кристаллы не содержат видимых дефектов и годных к применению из них примерно на 30% больше, чем в известном и взятом за прототип.