Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Из полученных результатов следует, что величина полуширины линии ЭПР дисперсного азота может быть в принципе использована как спектроскопический критерий при оценке качества кристаллов алмаза, однако практическое использование данного критерия, безусловно, требует дополнительных данных.
Глава 20
ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА
За последние годы в нашей стране и за рубежом расширяются работы по созданию монокристаллов алмаза, родственных ему материалов (алмазоподобных углеродных пленок, поликристаллов и композитов) и изучению свойств этих материалов с целью использования в нетрадиционных для алмаза областях техники. К настоящему же времени по сути дела такие практически важные свойства алмаза, как стойкость к агрессивным средам, теплопроводность, а также возможность изготовления на его основе широкозонного полупроводникового материала, еще не нашли применения в технике.
Теплопроводность и диэлектрические свойства алмаза
Наряду с широко известными уникальными абразивными характеристиками, алмаз обладает и замечательной теплопроводностью, причем не столько по абсолютной величине, сколько по ее температурной зависимости. Достаточно сказать, что теплопроводность монокристалла алмаза при комнатной температуре в пять раз выше, чем у меди. Это позволяет рассматривать алмаз как наиболее перспективный материал для изготовления тепло-отводящих элементов малогабаритных полупроводниковых приборов. Поэтому были проведены исследования по влиянию температуры на теплопроводность монокристаллов алмаза. Для измерения отбирались кристаллы кубооктаэдрической формы с размером ребра кубических граней около 0,4-10-3 м, практически не содержащие макровключений металла-растворителя (образцы 7, 8 в табл. 34), а также удлиненные кристаллы кубического габитуса с размерами смежных ребер около (0,4 и 0,8) • 10~3 м, содержащие отдельные металлические включения пластинчатой формы (образцы 5 и 6 см, табл. 34). Интервал измерения температуры составлял от 290 до 630 К. т. е. включял в себя реальный диапазон рабочих температур полупроводниковых приборов. Погрешность измерения теплопроводности 12—15%.
V,29 Заказ № 122 445 Таблица 37
Теплопроводность монокристаллов синтетического алмаза при различных температурах
Номер образца Содержание парамагнитного азота, IOn м3 Температура измерения, Г, К Теплопроводность, Вт(м-к) Номер образца Содержание парамагнитного азота, 10!< м3 Температура измерения, т, к Теплопроводность, Вт (M-K)
5 6 301 437 7 3 308 837
361 420 381 790
444 424 536 576
6 3,5 310 476 8 3,5 320 970
477 426 434 616
638 422 631 535
Примечание. Измерения теплопроводности проводились в Институте сверхтвердых минералов АН УССР по методике Т. Д. Оснтинской н Б. А- Цендровского.
Из табл. 34 видно, что величина теплопроводности наибольшая у образцов с минимальным количеством включений. Более сильную температурную зависимость теплопроводности для образцов 7 и 8 по сравнению с образцами 5 и 6, по-видимому, можно объяснить различной их морфологией и, в частности, ориентацией металлических включений. Прямой корреляции между содержанием парамагнитного азота в кристаллах (в изученном диапазоне его концентрации) и их теплопроводностью не обнаружено. Можно заключить, что в алмазах более существенное влияние на теплопроводность, чем парамагнитный азот при его содержании до 5-Ю24 м-3, оказывают комплексная форма этой примеси, а также включения и структурные примести металлов, например, никеля. Поэтому при отборе кристаллов алмаза, обладающих высокой теплопроводностью, требуется предварительная оценка их дефектности. Очевидно, что задача определения качества кристаллов алмаза является актуальной и при применении алмаза в. других областях техники и электроники.
К сожалению, экспрессный способ магнитного контроля дефектности алмазов пондермоторным методом не всегда пригоден для классификации синтетических алмазов по качеству, так как экспериментально установлено, что часть макровключений в объеме кристаллов не проявляет ферромагнитных свойств. Поэтому с точки зрения контроля общей дефектности алмазов наиболее универсальным представляется метод измерения диэлектрических параметров кристаллов в СВЧ диапазоне—метод малых возмущений. Причем применение резонаторов с типом волны ?о,о наиболее целесообразно при изучении объектов, содержащих ферромагнитные включения, так как при этом упрощается математический аппарат для обработки экспериментальных данных и повышается точность измерений.
Однако резонансные методы обладают некоторыми методическими недостатками и ограничениями, которые сужают область
450 их применения при исследовании диэлектрических свойств порошковых материалов и монокристаллических тел произвольной формы.
Для устранения одного из таких недостатков, а именно требования полной засыпки измерительной кюветы резонатора порошковым материалом в количестве не более (4—6) • Ю-4 кг алмаза, был разработан метод определения диэлектрических параметров небольших (до 2- IO-5 кг алмаза) навесок исследуемых порошков.
