ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Выращивание крупных монокристаллов алмаза из "Новые материалы " К наукоемким применениям алмазов относятся те направления, которые ориентированы на научно-технический прогресс в области микроэлектроники, оптоэлектроники, сенсоэлектроники, лазерной и радиационной техники, определяющих базовый уровень развития новых технологий XXI века. [c.452] Интенсивно развивающиеся современные высокие технологии, такие, как высокоскоростная и высокотемпературная электроника, требуют материалов с предельными оптическими, теплофизическими, механическими, электрическими и радиационными свойствами, которые в совокупности присущи только одному материалу - алмазу. Это делает его незаменимым ключевым компонентом во многих перспективных областях науки и техники, в первую очередь, в средствах связи и обработки информации, а также в приборостроении, медицине и экологии, определяющих промышленный потенциал и технический уровень развитых стран. [c.452] Во всех подобных устройствах и приборах нужны алмазы с полупроводниковыми свойствами, которые могут быть получены путем дозированного легирования (например бором). Подобные кристаллы не должны быть зональными и секториальными. Одним из ключевых этапов продвижения в этом направлении является снижение концентрации азота в синтетических алмазах, попадающего в решетку алмаза в процессе роста кристалла. [c.453] Движущей силой процесса образования алмаза из графита является разность химических потенциалов Дц графита и алмаза. Для выращивания крупных монокристаллов необходимо, чтобы значение Ац было небольщим и сохранялось длительное время. [c.454] При выращивании крупных монокристаллов основные технические трудности связаны с реализацией методов достоверного контроля и поддержания температуры и давления в реакционной зоне ячейки высокого давления. Дополнительные сложности вызывает то, что параметры и Т меняются в процессе роста алмаза, поскольку фазовый переход Г А сопровождается уменьшением удельного объема (в 1,5 раза), а также изменением электрофизических свойств шихты. [c.454] Метод температурного градиента позволяет создать условия для стабильного роста монокристаллов алмаза на специально введенной затравке. В реакционной зоне ячейки высокого давления преднамеренно создается температурный градиент. Источник углерода (алмаз или графит) помещается в область с более высокой температурой, а затравочные кристаллы алмаза — с более низкой. Источник углерода, находящийся при более высокой температуре, растворяется в расплаве металла, а углерод диффундирует через расплав и кристаллизуется на затравочных кристаллах алмаза при более низкой температуре. В начальный период синтеза возможно частичное растворение затравочного кристалла. [c.454] Работы проводились на многопуансонном аппарате разрезная сфера 300 . Принципиальная схема установки представлена на рис. 6.15. Твердосплавные пуансоны ABD передают давление на контейнер (рис. 6.16), в котором происходит процесс выращивания монокристаллов алмаза. [c.455] Контейнер помещается в установку, после чего создаются рабочие давление и температура. [c.455] При такой компоновке источник углерода находился при более высокой температуре, чем затравка. Температурный градиент создавался за счет различной толщины верхней и нижней теплоизолирующих прокладок. Параметры процесса выбирались с учетом того, чтобы графит марки МГ-ОСЧ, используемый в качестве источника углерода, перешел в алмаз, и рост затравочного кристалла осуществлялся за счет перекристаллизации алмаза. Источник углерода, металл (сплав)-катализатор и затравочный кристалл изолировались от остальных элементов сборки втулкой и таблетками из s l. Затравка механически закреплялась на подложке из s l и закрывалась платиновой фольгой. Платина необходима для предотвращения растворения затравки на начальном этапе синтеза. [c.455] В аппаратах высокого давления (АВД) контейнеры используют для передачи давления от твердосплавных пуансонов к реакционной зоне камеры высокого давления (КВД), для электроизоляции реакционной зоны от нетокоподводящих пуансонов, для теплоизоляции пуансонов от горячей зоны. [c.455] К материалам контейнеров предъявляются следующие требования низкое сопротивление сдвигу, т. е. способность хорошо передавать давление с рабочей поверхности пуансонов к реакционной зоне малая сжимаемость низкая теплопроводность низкая электропроводность отсутствие фазовых превращений в условиях длительных выдержек при высоких давлениях и температурах высокая температура плавления ( 1600 °С), которая не должна уменьшать с ростом давления химическая инертность по отношению к материалам реакционной зоны высокая химическая чистота. [c.456] Задача данного этапа работы заключается в разработке технологии по изготовлению контейнеров, пригодных для длительных экспериментов (несколько суток) по выращиванию крупных монокристаллов алмаза. Для решения данной проблемы необходимо подобрать оптимальный материал с учетом вышеперечисленных требований изучить влияние механических свойств и плотности контейнера на процесс передачи давления от пуансонов к реакционной зоне. Дополнительное требование - это универсальность материала и технологии изготовления контейнера для использования его в любых типах АВД (наковальня с лункой, белт и многопуансонные аппараты). [c.456] Хлористое серебро обладает очень малым коэффициентом внутреннего трения (0,03 при 2,5 10 Па). Поэтому.при его использовании имеет место равномерное (практически гидростатическое) распределение напряжений в твердом теле при сжатии. Однако термостойкость его невысока (= 456 °С при атмосферном давлении). С ростом давления температура плавления Ag l возрастает [6], но не достаточно для использования его в качестве материала для контейнеров (рис. 6.17). [c.456] Температуры плавления, температуры и теплоты фазовых переходов )едставлены в табл. 6.7. [c.457] Очень важно, что ZrOj обладает минимальной теплопроводностью в 1бочем диапазоне температур среди рассмотренных оксидов (табл. 6.7) Оксид циркония обладает высокими прочностными характеристика-д во всем диапазоне температур (табл. 6.8). [c.457] Вернуться к основной статье