Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
О морфологической устойчивости поверхности пинакоида кварца
Известно, что потеря устойчивости («вырождение») плоских поверхностей роста, в частности поверхности роста пинакоида кварца, является довольно общим явлением и имеет место при определенных условиях роста.
Исследования строения макрорельефа различных граней кварца показывают, что пинакоид и полученные искусственным путем иррациональные плоскости «косых срезов» зачастую покрываются пирамидальными субиндивидами и трансформируются в поверхности многоглавого роста. В начальной стадии этого процесса увеличивается крутизна склонов конических акцессорий на грани с. Затем коническая поверхность вытесняется фрагментами плоскостей, близких по своей ориентации к граням ромбоэдров. Такие «вырожденные» многоглавые- поверхности при нарастании иногда дают визуально однородный материал, однако в большинстве случаев в углублениях между субиндивидами берут начало щелевидные каналы («проколы»), которые перекрываются на разных стадиях роста кристалла и дают многочисленные включения раствора. Размеры субиндивидов и вероятность вырождения возрастают с увеличением толщины нароста. Термин «расщепление» в данном случае вряд ли приемлем, поскольку даже крупные (высотой до 10 мм) субиндивиды сохраняют ориентировку основного кристалла и в некоторых, правда, исключительных редких случаях, снова срастаются.
Кристаллы кварца, синтезированные на затравках, вырезанных параллельно быстрорастущим и относительно неустойчивым кристаллографическим поверхностям ({с}, {+х} {кс/с}), бывают
165 построены пирамидами роста вырожденных и нормальных граней. Неоднородный с расщелинами материал (рис. 55) выклинивающейся пирамиды <с> покрывает однородные слои пирамид и <г>. Проколы не наследуются в эти области и полностью перекрываются. Начальной стадией процесса вырождения с-грани является зарождение проколов на поверхности раздела пирамид <c>/<R> и <c>/<S>. Весьма своеобразные щеле-видные полости значительной протяженности (до 20 мм) возникают на границе раздела секторов двух типичных для синтетического кварца форм тригональных дипирамид, наклоненных под углом 45 и 49° к оптической оси (рис. 56). В некоторых случаях на поверхности базиса в течение достаточно продолжительных отрезков времени «сосуществуют» вырожденные и нормальные формы макрорельефа. Подобное равновесие легко может быть нарушено в пользу вырожденных, энергетически более выгодных форм рельефа. Поскольку выращивание деловых кристаллов кварца осуществляется быстрорастущими сравнительно неустойчивыми гранями, изучение условий стабильного, невырожденного роста таких поверхностей имеет самостоятельный практический интерес. Обширный экспериментальный материал свидетельствует о том, что имеется ряд факторов, способствующих возникновению «проколов» в синтетическом кварце. Их можно группировать следующим образом: 1) кристалломорфные особенности поверхностей роста; 2) термо- и гидродинамические условия перекристаллизации; 3) состав и концентрация рабочего раствора.
1. В ряде случаев для улучшения рабочих характеристик пьезокварцевых резонаторов используются пьезоэлементы, ориентированные под углом (обычно в пределах 20°) к плоскости с, причем эти пластины имеют значительные размеры вдоль оси у. К таким пьезоэлементам относятся пластины срезов +5°, —18°30', +8,5°, MT, NT и др. Их изготовление из пинакоидальных образцов крайне неэкономично, так как вызывает большое количество отходов, а в ряде случаев вообще невозможно, поскольку крупногабаритные заготовки не вписываются в объем деловой части кристалла. Экспериментально было установлено, что нарастание однородного материала происходит и в тех случаях, когда затравочная пластина отклоняется от плоскости базиса на углы в пределах 10—20° (осью вращения является ось х). Это позволяет синтезировать кристаллы, основные поверхности роста которых образуют с плоскостью базиса заданные углы. Однако такие плоскости характеризуются по сравнению с другими гранями крайней неустойчивостью и дают однородный материал лишь в том случае, когда наращивание производится с относительно невысокими скоростями при низких температурах, что отрицательно сказывается на производительности процесса и качестве кристаллов.
Наиболее подвержены вырождению затравки, имеющие комбинированные перекосы (вращение вокруг осей х и у). В случае 166 Рис. 55. Щелевидиые полосы в пирамиде роста пинакоида. Разрез, параллельный оптической оси. Ув. 2
Рис. 56. Расщепление кристалла кварца вдоль границ секторов <с>/ <+s> и <+s>l<+s'>: а — боковое освещение; б — тот же препарат после 7"°блучения перекоса с вращением вокруг оси у проколы могут появиться лишь по одну сторону затравки вследствие полярности оси симметрии второго порядка (имеют место различия в скорости роста и строении макрорельефа поверхностей, обращенных в сторону положительного и отрицательного концов оси х).
Значительное влияние на устойчивость быстрорастущих граней оказывает состояние поверхности затравки -перед началом кристаллизации. Если наращивание производится на плоскую поверхность, то зачастую, даже в неблагоприятных физико-химических условиях, вырождение грани пинакоида начинается после того, как успевает сформироваться 5—10-миллиметровый бездефектный монокристальный слой. И, наоборот, углубления и каналы травления затравки стимулируют образование в этих местах ромбоэдров (или граней близких к ним индексов), которые в зависимости от параметров синтеза либо быстро выклиниваются, оставляя над поверхностью затравки многочисленные клиновидные паразитные пирамиды, либо разрастаются. В последнем случае грань базиса трансформируется в многоглавую поверхность регенерации, скорость роста которой значительно ниже скорости роста грани с. Очевидно, за счет действия входящих углов субиндивиды покрываются поверхностями сложной формы, которые следует относить к трапецоэдрам. В отдельных опытах кристаллы синтезировались в условиях, когда грани г и трапецоэдров росли с одинаковыми скоростями и, вероятно, в силу этого не вытесняли друг друга. Мелкие (<0,5 мм2) грани трапецоэдров появляются также в местах зарастания каналов травления затравки (по три грани над каждым каналом) и образуют столбчатые трехгранные паразитные пирамиды, ориентированные в материале пирамиды <с> взаимно параллельно и параллельно оси симметрии третьего порядка.
