Рост пьедестала с лазерным нагревом - Laser-heated pedestal growth

Кристаллизация
Процесс-кристаллизации-200px.png
Основы
Кристалл  · Кристальная структура  · Зарождение
Концепции
Кристаллизация  · Рост кристаллов
Перекристаллизация  · Семенной кристалл
Протокристаллический  · Монокристалл
Методы и технологии
Буль
Метод Бриджмена – Стокбаргера
Процесс хрустального бруса
Метод Чохральского
Эпитаксия  · Метод флюса
Фракционная кристаллизация
Фракционное замораживание
Гидротермальный синтез
Киропулос метод
Рост пьедестала с лазерным нагревом
Микро-вытягивание вниз
Формирующие процессы при росте кристаллов
Тигель черепа
Метод Вернейля
Зона плавления

Рост пьедестала с лазерным нагревом (LHPG) или же лазерная плавающая зона (LFZ) это рост кристаллов техника. Узкая область кристалла плавится мощным CO2 или же YAG лазер. Лазер и, следовательно, плавающая зона, перемещается по кристаллу. Расплавленная область плавит нечистое твердое вещество на своем переднем крае и оставляет за собой твердый след из более чистого материала. Эта техника выращивания кристаллы из расплава (жидкий / твердый фаза перехода ) используется в материаловедении.[1][2]

Преимущества

Основными преимуществами этой техники являются высокие скорости вытягивания (в 60 раз больше, чем у обычного Техника Чохральского ) и возможность выращивания материалов с очень высокими температурами плавления.[3][4][5] Кроме того, LHPG - это тигель -бесплатная техника, позволяющая монокристаллы быть выращенным с высокой чистотой и низким уровнем стресса.

Геометрическая форма кристаллов (технология позволяет производить малый диаметр) и низкая стоимость производства делают монокристаллические волокна (SCF), производимые LHPG, подходящими заменителями объемных кристаллов во многих устройствах, особенно в тех, которые используют высокие температура плавления материалы.[6][7] Однако монокристаллические волокна должны иметь такие же оптические и структурные качества или превосходящие их по сравнению с объемными кристаллами, чтобы заменить их в технологических устройствах. Этого можно добиться, тщательно контролируя условия роста.[8][9][10]

Оптические элементы

Схема системы LFZ

До 1980 года для выращивания кристаллов с лазерным нагревом использовались только два лазерных луча, сфокусированных на материале источника.[11] Это условие создавало высокий радиальный температурный градиент в зоне расплава, что делало процесс нестабильным. Увеличение количества лучей до четырех не решило проблему, хотя улучшило процесс роста.[12]

Усовершенствование технологии выращивания кристаллов с лазерным нагревом было сделано Фейером. и другие.,[13] который включил 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 позволяет радиальное распределение лазерной энергии по расплавленной зоне, уменьшая радиальные тепловые градиенты. Осевой температурный градиент в этом методе может достигать 10000 ° C / см, что очень много по сравнению с традиционными методами выращивания кристаллов (10–100 ° C / см).

Скорость конвекции

Особенностью методики LHPG является высокая конвекция скорость в жидкой фазе за счет Конвекция 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фейгельсон, Р. (1985). «Рост волокнистых кристаллов». В Kaldis, E (ред.). Выращивание кристаллов электронных материалов. п. 127. ISBN  978-0-444-86919-7.
  2. ^ Andreeta, M.R.B .; Эрнандес, A.C. (2010). «Лазерный рост пьедестала из 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, D.R .; Andreeta, M.R.B .; Cuffini, S.L .; и другие. (1997). «Лазерный обогреваемый постамент роста из Sr.2RuO4 монокристаллические волокна из SrRuO3". Журнал роста кристаллов. 177 (1–2): 52–56. Bibcode:1997JCrGr.177 ... 52A. Дои:10.1016 / S0022-0248 (96) 00904-9.
  4. ^ Де Камарго, A.S.S; Nunes, L.A.O .; Andreeta, M.R.B .; и другие. (2002). "Свойства РЗЭ, легированного неодимом, в ближней инфракрасной области и повышающее преобразование.0.8Ла0.2VO4 (RE = Y, Gd) монокристаллические световоды, выращенные методом выращивания пьедестала с лазерным нагревом ». Журнал физики: конденсированное вещество. 14 (50): 13889–13897. Дои:10.1088/0953-8984/14/50/314.
  5. ^ De Vicente, F.S .; Hernandes, A.C .; Де Кастро, A.C .; 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. Дои:10.1080/10420159908230149.
  6. ^ Де Камарго, A.S.S .; Андреэта, M.R.B; Hernandes, A.C .; и другие. (2006). "1,8 мкм излучение и поглощение в возбужденном состоянии в Gd, выращенном на LHPG.0.8Ла0.2VO4: Tm3+ монокристаллические световоды для миниатюрных лазеров ». Оптические материалы. 28 (5): 551–555. Bibcode:2006ОптМа..28..551Д. Дои:10.1016 / j.optmat.2005.07.002.
  7. ^ Romero, J.J .; Монтойя, Э .; Bausa, L.E .; и другие. (2004). «Многоволновое лазерное воздействие неодима.3+: YAlO3 монокристаллы, выращенные методом выращивания на пьедестале с лазерным нагревом ». Оптические материалы. 24 (4): 643–650. Bibcode:2004ОптМа..24..643р. Дои:10.1016 / S0925-3467 (03) 00179-4.
  8. ^ Прокофьев, В.В .; Andreeta, J.P .; Delima, C.J .; и другие. (1995). «Микроструктура монокристаллических волокон силленита». Радиационные эффекты и дефекты в твердых телах. 134 (1–4): 209–211. Bibcode:1995REDS..134..209P. Дои:10.1080/10420159508227216.
  9. ^ Прокофьев, В.В .; Andreeta, J.P .; Delima, C.J .; и другие. (1995). «Влияние температурных градиентов на структурное совершенство монокристаллических силленитовых волокон, выращенных методом LHPG». Оптические материалы. 4 (4): 521–527. Bibcode:1995 ОптМа ... 4..521П. Дои:10.1016/0925-3467(94)00123-5.
  10. ^ Andreeta, M.R.B .; Andreeta, E.R.M .; Hernandes, A.C .; и другие. (2002). «Контроль температурного градиента на границе твердое тело – жидкость в технологии выращивания опоры с лазерным нагревом». Журнал роста кристаллов. 234 (4): 759–761. Bibcode:2002JCrGr.234..759A. Дои:10.1016 / S0022-0248 (01) 01736-5.
  11. ^ Burrus, C.A .; Стоун, Дж. (1975). «Монокристаллические волоконно-оптические устройства: волоконный лазер A Nd: YAG». Письма по прикладной физике. 26 (6): 318. Bibcode:1975АпФЛ..26..318Б. Дои:10.1063/1.88172.
  12. ^ Хаггерти, Дж. (1972). «Производство волокон методом вытяжки волокон плавающей зоны, Заключительный отчет». НАСА-CR-120948. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  13. ^ Fejer, M.M .; Byer, R.L .; Feigelson R .; Куэй В. (1982). «Выращивание и характеристика монокристаллических тугоплавких оксидных волокон». Труды SPIE, Advances in Infrared Fibers II. 320. Беллингхэм, Вашингтон: SPIE. п. 50. ISBN  978-0-89252-355-9.
  14. ^ Эдмондс, W.R. (1973). «Reflaxicon: новый отражающий оптический элемент и некоторые приложения». Прикладная оптика. 12 (8): 1940–5. Bibcode:1973ApOpt..12.1940E. Дои:10.1364 / AO.12.001940. PMID  20125635.
  15. ^ Лю, М .; Chen, J.C .; Chiang, C.H .; Hu, L.J .; Лин, С.П. (2006). «Волокна из сапфирового кристалла, легированного магнием, выращенные методом выращивания на подставке с лазерным нагревом». Японский журнал прикладной физики. 45 (1A): 194–199. Bibcode:2006JaJAP..45..194L. Дои:10.1143 / JJAP.45.194.
  16. ^ Видео, представленное в следующей ссылке, показывает конвекцию жидкой фазы во время ниобат лития (LiNbO3) вытягивание волокна с помощью очень маленького платина проволока внутри жидкости, которой позволяют вращаться. «Конвекция в технике роста пьедестала с лазерным нагревом». YouTube.