Рост пьедестала с лазерным нагревом
Рост пьедестала с лазерным нагревом ( LHPG ) или лазерной плавающей зоной ( LFZ ) — это метод выращивания кристаллов . Узкая область кристалла плавится мощным CO 2 или YAG лазером. Лазер и, следовательно, плавающая зона перемещаются вдоль кристалла. Расплавленная область расплавляет нечистое твердое вещество на своем переднем крае и оставляет за собой след из более чистого материала, затвердевшего. Этот метод выращивания кристаллов из расплава ( фазовый переход жидкость/твердое тело ) используется в материаловедении. [1] [2]
Преимущества
[ редактировать ]Основными преимуществами этого метода являются высокие скорости вытягивания (в 60 раз выше, чем у обычного метода Чохральского ) и возможность выращивания материалов с очень высокими температурами плавления. [3] [4] [5] Кроме того, LHPG представляет собой безтигельный метод, который позволяет монокристаллы выращивать с высокой чистотой и низкими нагрузками.
Геометрическая форма кристаллов (метод позволяет получать малые диаметры) и низкая себестоимость производства делают монокристаллические волокна (МНК), производимые методом LHPG, подходящей заменой объемных кристаллов во многих устройствах, особенно в тех, в которых используются тугоплавкие волокна. точечные материалы. [6] [7] Однако, чтобы заменить их в технологических устройствах, монокристаллические волокна должны иметь равные или превосходящие оптические и структурные качества по сравнению с объемными кристаллами. Этого можно добиться, тщательно контролируя условия роста. [8] [9] [10]
Оптические элементы
[ редактировать ]
До 1980 года для выращивания кристаллов с лазерным нагревом использовались только два лазерных луча, сфокусированных на исходном материале. [11] Это условие создавало высокий радиальный температурный градиент в расплавленной зоне, что делало процесс нестабильным. Увеличение количества лучей до четырех не решило проблему, хотя и улучшило процесс роста. [12]
Усовершенствование метода выращивания кристаллов с лазерным нагревом было сделано Fejer et al. , [13] который включил специальный оптический компонент, известный как рефлаксикон , состоящий из внутреннего конуса, окруженного большей коаксиальной секцией конуса, обе 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 температурные 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
[ редактировать ]Особенностью технологии СУГ является высокая скорость конвекции в жидкой фазе за счет конвекции Марангони . [15] [16] Видно, что он вращается очень быстро. Даже когда кажется, что он стоит на месте, на самом деле он быстро вращается вокруг своей оси.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фейгельсон, Р.С. (1985). «Выращивание кристаллов волокон». В Калдисе, Э. (ред.). Выращивание кристаллов электронных материалов . п. 127. ИСБН 978-0-444-86919-7 .
- ^ Андреета, MRB; Эрнандес, AC (2010). «Выращивание оксидных волокон на пьедестале с лазерным нагревом». Ин Дханарадж, Г.; Байраппа, К.; Прасад, В.; Дадли, М. (ред.). Справочник Springer по выращиванию кристаллов . п. 393. ИСБН 978-3-540-74182-4 .
- ^ Ардила, ДР; Андреета, MRB; Куффини, СЛ; и др. (1997). «Выращивание Sr 2 RuO 4 монокристаллических волокон из SrRuO 3 на пьедестале с лазерным нагревом ». Журнал роста кристаллов . 177 (1–2): 52–56. Бибкод : 1997JCrGr.177...52A . дои : 10.1016/S0022-0248(96)00904-9 .
- ^ Де Камарго, ASS; Нуньес, Лао; Андреета, MRB; и др. (2002). «Ближняя инфракрасная область и ап-конверсионные свойства монокристаллических волокон RE 0,8 La 0,2 VO 4 (RE = Y, Gd), легированных неодимом, выращенных методом выращивания пьедестала с лазерным нагревом». Физический журнал: конденсированное вещество . 14 (50): 13889–13897. Бибкод : 2002JPCM...1413889D . дои : 10.1088/0953-8984/14/50/314 . S2CID 250907003 .
- ^ Де Висенте, ФС; Эрнандес, AC; Де Кастро, AC; и др. (1999). «Спектр фотолюминесценции волокна из циркония, легированного редкоземельными элементами, и зависимость мощности возбуждения». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах . 149 (1–4): 153–157. Бибкод : 1999REDS..149..153D . дои : 10.1080/10420159908230149 .
- ^ Де Камарго, ASS; Андреета, MRB; Эрнандес, AC; и др. (2006). «Эмисия 1,8 мкм и поглощение в возбужденном состоянии в LHPG, выращенном Gd 0,8 La 0,2 VO 4 :Tm 3+ Монокристаллические волокна для миниатюрных лазеров». Оптические материалы . 28 (5): 551–555. Bibcode : 2006OptMa..28..551D . doi : 10.1016/j.optmat.2005.07.002 .
- ^ Ромеро, Джей-Джей; Монтойя, Э.; Бауса, Ле; и др. (2004). «Многоволновое лазерное воздействие Nd 3+ :Монокристаллы YAlO 3 , выращенные методом выращивания пьедестала с лазерным нагревом». Оптические материалы . 24 (4): 643–650. Бибкод : 2004OptMa..24..643R . doi : 10.1016/S0925-3467(03)00179-4 .S2CID 95249182 .
- ^ Прокофьев В.В.; Андреета, JP; Делима, CJ; и др. (1995). «Микроструктура монокристаллических силленитовых волокон». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах . 134 (1–4): 209–211. Бибкод : 1995REDS..134..209P . дои : 10.1080/10420159508227216 .
- ^ Прокофьев В.В.; Андреета, JP; Делима, CJ; и др. (1995). «Влияние температурных градиентов на структурное совершенство монокристаллических силленитовых волокон, выращенных методом ПГГ». Оптические материалы . 4 (4): 521–527. Бибкод : 1995OptMa...4..521P . дои : 10.1016/0925-3467(94)00123-5 .
- ^ Андреета, MRB; Андреета, ERM; Эрнандес, AC; и др. (2002). «Контроль температурного градиента на границе раздела твердое тело и жидкость в технике выращивания пьедестала с лазерным нагревом». Журнал роста кристаллов . 234 (4): 759–761. Бибкод : 2002JCrGr.234..759A . дои : 10.1016/S0022-0248(01)01736-5 .
- ^ Буррус, Калифорния; Стоун, Дж. (1975). «Монокристаллические волоконно-оптические устройства: волоконный лазер Nd: YAG». Письма по прикладной физике . 26 (6): 318. Бибкод : 1975ApPhL..26..318B . дои : 10.1063/1.88172 .
- ^ Хаггерти, Дж. С. (1972). «Производство волокон методом вытягивания волокон с плавающей зоной, итоговый отчет». НАСА-CR-120948.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Фейер, ММ; Байер, РЛ; Фейгельсон Р.; Квей В. (1982). «Выращивание и характеристика монокристаллических тугоплавких оксидных волокон». Труды SPIE, Достижения в области инфракрасных волокон II . Том. 320. Беллингем, Вашингтон: SPIE . п. 50. ISBN 978-0-89252-355-9 .
- ^ Эдмондс, WR (1973). «Рефлаксикон: новый отражающий оптический элемент и некоторые применения» . Прикладная оптика . 12 (8): 1940–5. Бибкод : 1973ApOpt..12.1940E . дои : 10.1364/AO.12.001940 . ПМИД 20125635 .
- ^ Лю, М.; Чен, JC; Чанг, Швейцария; Ху, Эл-Джей; Лин, СП (2006). «Волокна из кристалла сапфира, легированные магнием, выращенные методом выращивания на пьедестале с лазерным нагревом». Японский журнал прикладной физики . 45 (1А): 194–199. Бибкод : 2006JaJAP..45..194L . дои : 10.1143/JJAP.45.194 . S2CID 120615103 .
- ^ Видео, представленное в следующей ссылке, показывает конвекцию жидкой фазы во время вытягивания волокна ниобата лития (LiNbO 3 ) с использованием очень маленького кусочка платиновой проволоки внутри жидкости, которая может вращаться. «Конвекция в технике выращивания пьедестала с лазерным нагревом» . Ютуб . 23 июля 2008 г.