Рост пьедестала с лазерным нагревом

Кристаллизация

Основы
Кристалл · Кристаллическая структура · Зарождение
Концепции
Кристаллизация · Рост кристаллов Перекристаллизация · Затравочный кристалл Протокристаллический · Монокристалл
Методы и технологии
Кряж Бриджмен-Стокбаргер метод иодидного метод Чохральский Метод эпитаксия · Флюс метод фракционная кристаллизация Фракционного замораживание гидротермального синтеза Киропулос метод лазерного нагретого роста пьедестала Микро-тягового вниз Shaping процессов роста кристаллов в Черепе Тигель Верной метод зонных плавках
v т е

Рост на пьедестале с лазерным нагревом ( LHPG ) или лазерная плавающая зона ( LFZ ) - это метод выращивания кристаллов . Узкая область кристалла плавится с помощью мощного CO 2 или YAG- лазера. Лазер и, следовательно, плавающая зона перемещаются вдоль кристалла. Расплавленная область плавит нечистое твердое вещество на своем переднем крае и оставляет за собой твердый след из более чистого материала. Этот метод выращивания кристаллов из расплава ( фазовый переход жидкость / твердое тело ) используется в материаловедении. ^[1]^[2]

Преимущества [ править ]

Основными преимуществами этого метода являются высокие скорости вытягивания (в 60 раз превышающие традиционную технику Чохральского ) и возможность выращивания материалов с очень высокими температурами плавления. ^[3]^[4]^[5] Кроме того, LHPG - это технология без тигля , которая позволяет выращивать монокристаллы с высокой чистотой и низким напряжением.

Геометрическая форма кристаллов (методика может производить небольшие диаметры), а также низкую стоимость производства, делают монокристаллические волокна (SCF) , производимые LHPG подходящих заменителями для объемных кристаллов во многих устройствах, особенно те , которые используют высокую температуру плавления материалов . ^[6]^[7] Однако монокристаллические волокна должны иметь такие же или превосходящие оптические и структурные качества по сравнению с объемными кристаллами, чтобы заменить их в технологических устройствах. Этого можно добиться, тщательно контролируя условия роста. ^[8]^[9]^[10]

Оптические элементы [ править ]

Схема системы LFZ

До 1980 года для выращивания кристаллов с лазерным нагревом использовались только два лазерных луча, сфокусированных на материале источника. ^[11] Это условие привело к возникновению высокого радиального температурного градиента в зоне расплава, что сделало процесс нестабильным. Увеличение количества лучей до четырех не решило проблему, хотя улучшило процесс роста. ^[12]

Усовершенствование технологии выращивания кристаллов с лазерным нагревом было сделано Fejer et al. , ^[13] который включал в себя специальный оптический компонент, известный как рефлаксикон , состоящий из внутреннего конуса, окруженного большей частью коаксиального конуса, оба с отражающими поверхностями. Этот оптический элемент преобразует цилиндрический лазерный луч в поверхность полого цилиндра большего диаметра. ^[14] Этот оптический компонент обеспечивает радиальное распределение лазерной энергии по расплавленной зоне, уменьшая радиальные тепловые градиенты. Осевой градиент температуры в этом методе может достигать 10000 ° C / см, что очень много по сравнению с традиционными методами выращивания кристаллов (10–100 ° C / см).

Скорость конвекции [ править ]

Особенностью метода LHPG является его высокая скорость конвекции в жидкой фазе из-за конвекции Марангони . ^[15]^[16] Видно, что он очень быстро вращается. Даже когда кажется, что он стоит на месте, он на самом деле быстро вращается вокруг своей оси.

См. Также [ править ]

Кристальная структура
Кристаллит
Кристаллизация и инженерные аспекты
Фракционная кристаллизация
Микро-вытягивание вниз
Зарождение
Протокристаллический
Рекристаллизация (металлургия)
Семенной кристалл

Ссылки [ править ]

^ Фейгельсон, RS (1985). «Рост волокнистых кристаллов». В Калдисе, Э (ред.). Выращивание кристаллов электронных материалов . п. 127. ISBN 978-0-444-86919-7.
^ Андреэта, MRB; Эрнандес, AC (2010). «Лазерный пьедестал для выращивания оксидных волокон». In Dhanaraj, G .; Byrappa, K .; Прасад, V .; Дадли, М. (ред.). Справочник Springer по выращиванию кристаллов . п. 393. ISBN. 978-3-540-74182-4.
^ Ardila, DR; Андреэта, MRB; Cuffini, SL; и другие. (1997). «Лазерный нагрев пьедестала для выращивания монокристаллических волокон Sr ₂ RuO ₄ из SrRuO ₃ ». Журнал роста кристаллов . 177 (1–2): 52–56. Bibcode : 1997JCrGr.177 ... 52A . DOI : 10.1016 / S0022-0248 (96) 00904-9 .
^ Де Камарго, АСС; Нуньес, ЛАО; Андреэта, MRB; и другие. (2002). «Свойства монокристаллических волокон RE _0.8 La _0.2 VO ₄ (RE = Y, Gd), легированных неодимом, легированных неодимом, в ближнем инфракрасном диапазоне и повышающие конверсионные свойства, выращенные методом выращивания на пьедестале с лазерным нагревом». Журнал физики: конденсированное вещество . 14 (50): 13889–13897. DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 14/50/314 .
^ Де Висенте, ФС; Hernandes, AC; Де Кастро, AC; и другие. (1999). «Спектр фотолюминесценции световода из диоксида циркония, легированного редкоземельными элементами и зависимость от мощности возбуждения». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах . 149 (1–4): 153–157. Bibcode : 1999REDS..149..153D . DOI : 10.1080 / 10420159908230149 .
^ Де Камарго, АСС; Андреэта, MRB; Hernandes, AC; и другие. (2006). «Излучение 1,8 мкм и поглощение в возбужденном состоянии в монокристаллических световодах Gd _0,8 La _0,2 VO ₄ : Tm ^3+, выращенных из LHPG, для миниатюрных лазеров». Оптические материалы . 28 (5): 551–555. Bibcode : 2006OptMa..28..551D . DOI : 10.1016 / j.optmat.2005.07.002 .
^ Ромеро, JJ; Монтойя, Э .; Bausa, LE; и другие. (2004). «Многоволновое лазерное воздействие на монокристаллы Nd ³⁺ : YAlO _3, выращенные методом выращивания на подставке с лазерным нагревом». Оптические материалы . 24 (4): 643–650. Bibcode : 2004OptMa..24..643R . DOI : 10.1016 / S0925-3467 (03) 00179-4 .
^ Прокофьев, В.В.; Andreeta, JP; Делима, CJ; и другие. (1995). «Микроструктура монокристаллических волокон силленита». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах . 134 (1–4): 209–211. Bibcode : 1995REDS..134..209P . DOI : 10.1080 / 10420159508227216 .
^ Прокофьев, В.В.; Andreeta, JP; Делима, CJ; и другие. (1995). «Влияние температурных градиентов на структурное совершенство монокристаллических силленитовых волокон, выращенных методом LHPG». Оптические материалы . 4 (4): 521–527. Bibcode : 1995OptMa ... 4..521P . DOI : 10.1016 / 0925-3467 (94) 00123-5 .
^ Андреэта, MRB; Андреэта, ERM; Hernandes, AC; и другие. (2002). «Контроль температурного градиента на границе твердое тело – жидкость в технологии выращивания пьедестала с лазерным нагревом». Журнал роста кристаллов . 234 (4): 759–761. Bibcode : 2002JCrGr.234..759A . DOI : 10.1016 / S0022-0248 (01) 01736-5 .
^ Буррус, Калифорния; Стоун, Дж. (1975). «Монокристаллические волоконно-оптические устройства: волоконный лазер A Nd: YAG». Письма по прикладной физике . 26 (6): 318. Bibcode : 1975ApPhL..26..318B . DOI : 10.1063 / 1.88172 .
Перейти ↑ Haggerty, JS (1972). «Производство волокон методом вытяжки волокон плавающей зоны, Заключительный отчет». НАСА-CR-120948. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ Фейер, ММ; Байер, Р.Л .; Feigelson R .; Куэй В. (1982). «Рост и характеристика монокристаллических тугоплавких оксидных волокон». Труды SPIE, Достижения в инфракрасных волокнах II . 320 . Беллингхэм, Вашингтон: SPIE . п. 50. ISBN 978-0-89252-355-9.
^ Эдмондс, WR (1973). «Reflaxicon: новый отражающий оптический элемент и некоторые приложения» . Прикладная оптика . 12 (8): 1940–5. Bibcode : 1973ApOpt..12.1940E . DOI : 10,1364 / AO.12.001940 . PMID 20125635 .
^ Лю, М .; Chen, JC; Чианг, Швейцария; Ху, LJ; Лин, СП (2006). «Волокна из сапфирового кристалла, легированного магнием, выращенные методом выращивания на пьедестале с лазерным нагревом». Японский журнал прикладной физики . 45 (1A): 194–199. Bibcode : 2006JaJAP..45..194L . DOI : 10,1143 / JJAP.45.194 .
^ Видео, представленное в следующем справочнике, показывает конвекцию жидкой фазы во времявытягивания волокна из ниобата лития (LiNbO₃ ) с использованием очень маленького кусочка платиновой проволоки внутри жидкости, которому позволяют вращаться. «Конвекция в технике роста пьедестала с лазерным нагревом» . YouTube .

[1] Фейгельсон, RS (1985). «Рост волокнистых кристаллов». В Калдисе, Э (ред.). Выращивание кристаллов электронных материалов . п. 127. ISBN 978-0-444-86919-7.

[2] Андреэта, MRB; Эрнандес, AC (2010). «Лазерный пьедестал для выращивания оксидных волокон». In Dhanaraj, G .; Byrappa, K .; Прасад, V .; Дадли, М. (ред.). Справочник Springer по выращиванию кристаллов . п. 393. ISBN. 978-3-540-74182-4.

[3] Ardila, DR; Андреэта, MRB; Cuffini, SL; и другие. (1997). «Лазерный нагрев пьедестала для выращивания монокристаллических волокон Sr ₂ RuO ₄ из SrRuO ₃ ». Журнал роста кристаллов . 177 (1–2): 52–56. Bibcode : 1997JCrGr.177 ... 52A . DOI : 10.1016 / S0022-0248 (96) 00904-9 .

[4] Де Камарго, АСС; Нуньес, ЛАО; Андреэта, MRB; и другие. (2002). «Свойства монокристаллических волокон RE _0.8 La _0.2 VO ₄ (RE = Y, Gd), легированных неодимом, легированных неодимом, в ближнем инфракрасном диапазоне и повышающие конверсионные свойства, выращенные методом выращивания на пьедестале с лазерным нагревом». Журнал физики: конденсированное вещество . 14 (50): 13889–13897. DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 14/50/314 .

[5] Де Висенте, ФС; Hernandes, AC; Де Кастро, AC; и другие. (1999). «Спектр фотолюминесценции световода из диоксида циркония, легированного редкоземельными элементами и зависимость от мощности возбуждения». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах . 149 (1–4): 153–157. Bibcode : 1999REDS..149..153D . DOI : 10.1080 / 10420159908230149 .

[6] Де Камарго, АСС; Андреэта, MRB; Hernandes, AC; и другие. (2006). «Излучение 1,8 мкм и поглощение в возбужденном состоянии в монокристаллических световодах Gd _0,8 La _0,2 VO ₄ : Tm ^3+, выращенных из LHPG, для миниатюрных лазеров». Оптические материалы . 28 (5): 551–555. Bibcode : 2006OptMa..28..551D . DOI : 10.1016 / j.optmat.2005.07.002 .

[7] Ромеро, JJ; Монтойя, Э .; Bausa, LE; и другие. (2004). «Многоволновое лазерное воздействие на монокристаллы Nd ³⁺ : YAlO _3, выращенные методом выращивания на подставке с лазерным нагревом». Оптические материалы . 24 (4): 643–650. Bibcode : 2004OptMa..24..643R . DOI : 10.1016 / S0925-3467 (03) 00179-4 .

[8] Прокофьев, В.В.; Andreeta, JP; Делима, CJ; и другие. (1995). «Микроструктура монокристаллических волокон силленита». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах . 134 (1–4): 209–211. Bibcode : 1995REDS..134..209P . DOI : 10.1080 / 10420159508227216 .

[9] Прокофьев, В.В.; Andreeta, JP; Делима, CJ; и другие. (1995). «Влияние температурных градиентов на структурное совершенство монокристаллических силленитовых волокон, выращенных методом LHPG». Оптические материалы . 4 (4): 521–527. Bibcode : 1995OptMa ... 4..521P . DOI : 10.1016 / 0925-3467 (94) 00123-5 .

[10] Андреэта, MRB; Андреэта, ERM; Hernandes, AC; и другие. (2002). «Контроль температурного градиента на границе твердое тело – жидкость в технологии выращивания пьедестала с лазерным нагревом». Журнал роста кристаллов . 234 (4): 759–761. Bibcode : 2002JCrGr.234..759A . DOI : 10.1016 / S0022-0248 (01) 01736-5 .

[11] Буррус, Калифорния; Стоун, Дж. (1975). «Монокристаллические волоконно-оптические устройства: волоконный лазер A Nd: YAG». Письма по прикладной физике . 26 (6): 318. Bibcode : 1975ApPhL..26..318B . DOI : 10.1063 / 1.88172 .

[12] Перейти ↑ Haggerty, JS (1972). «Производство волокон методом вытяжки волокон плавающей зоны, Заключительный отчет». НАСА-CR-120948. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[13] Фейер, ММ; Байер, Р.Л .; Feigelson R .; Куэй В. (1982). «Рост и характеристика монокристаллических тугоплавких оксидных волокон». Труды SPIE, Достижения в инфракрасных волокнах II . 320 . Беллингхэм, Вашингтон: SPIE . п. 50. ISBN 978-0-89252-355-9.

[14] Эдмондс, WR (1973). «Reflaxicon: новый отражающий оптический элемент и некоторые приложения» . Прикладная оптика . 12 (8): 1940–5. Bibcode : 1973ApOpt..12.1940E . DOI : 10,1364 / AO.12.001940 . PMID 20125635 .

[15] Лю, М .; Chen, JC; Чианг, Швейцария; Ху, LJ; Лин, СП (2006). «Волокна из сапфирового кристалла, легированного магнием, выращенные методом выращивания на пьедестале с лазерным нагревом». Японский журнал прикладной физики . 45 (1A): 194–199. Bibcode : 2006JaJAP..45..194L . DOI : 10,1143 / JJAP.45.194 .

[16] Видео, представленное в следующем справочнике, показывает конвекцию жидкой фазы во времявытягивания волокна из ниобата лития (LiNbO₃ ) с использованием очень маленького кусочка платиновой проволоки внутри жидкости, которому позволяют вращаться. «Конвекция в технике роста пьедестала с лазерным нагревом» . YouTube .

[1]