Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Используя данные табл. 11.2, можно определить условия получения кристалла с определенной концентрацией заданной примеси. Для константы распределения данной примеси (например, железа X = 15, при скорости роста 0,6 мм/сут) с помощью табл. 11.2 устанавливается величина а, требующаяся для заданной концентрации примеси (например, а = 0,2). Для получения кристалла с заданной неоднородностью по примеси железа из приготовленного маточного раствора выращивается «холостой» кристалл до степени кристаллизации а = 0,2, после чего он удаляется и в раствор помещается затравка для выращивания требуемого кристалла.
278
Изменение состава нарастающего слоя кристалла при прочих равных условиях зависит от степени кристаллизации а, поэтому при увеличении сечения кристалла одинаковому увеличению а будет соответствовать меньший прирост кристалла по высоте. Следовательно, чем больше сечение кристалла, тем «тоньше» нарастающий слой, тем больше таких слоев различного состава размещается на поперечном сечении затравки и тем больше gradC в плоскости (0001) и в направлении [0001]. Расчетные зависимости химической неоднородности кристалла показаны на рис. 11.4. Химическая неоднородность в плоскости (0001) кристалла возрастает с ростом его поперечного и продольного размеров.
11.3. ГАБИТУС КРИСТАЛЛОВ a-LilOj
И ВЫРАЩИВАНИЕ ПРОФИЛИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ
Обычно для выращивания кристаллов используются затравки в виде пластин z-среза, имеющих в плане форму гексагона. На такой затравке нарастает кристалл с боковыми гранями призмы {10 1 0}, ограненный сверху гранями пирамиды {101 1}. На рис. 11.5 схематически показаны основные области кристалла.
Зона регенерации сопрягается с монокристаллическими областями гранями пирамиды {10 1 1}. К зоне регенерации примыкают области (4 на рис. 11.5.), наследующие дефекты из зоны регенерации и имеющие повышенную плотность дислокаций. Боковые грани кристалла несколько отклоняются от плоскостей {1010} из-за прироста кристалла, который больше в нижней части и уменьшается в направлении [0001], так что кристалл несколько суживается к верху. При изготовлении оптических элементов зона регенерации и области кристалла с повышенной дефектностью не используются.
Кроме того, при изготовлении заготовок для нелинейно оптических элементов из гексагональной призмы нужно вырезать прямоугольник, нормаль к одной из граней которого составляет угол с направлением оси кристалла, равный углу синхронизма (рис. 11.6, а). В результате образуется большое количество отходов, включающих не только зону регенерации и области с повышенной дефектностью, но и значитель-
279
— /
Рис. 11.5. Схема кристалла a-LiIOi:
1 - затравка; 2 - зона регенерации; 3 - боковой прирост; 4 -области с повышенной плотностью дислокаций
Рис. 11.6. Размещение в объеме кристаллов а-ЫЮз заготовок для оптических элементов удвоителей частоты (вершины элементов обозначены буквами): а - кристалл, выращенный на стандартной заготовке; б - профилированный кристалл
Рис. 11.7. Монокристаллы a-LilCh, выращенные на профилированных затравках. Третий справа - кристалл, выращенный на стандартной затравке
ную часть качественного монокристалла. Эффективность использования объема кристалла в этом случае не превосходит 10... 17 %.
Объем кристалла можно использовать более эффективно, если вместо традиционной затравки использовать «профилированную»
затравку, размер которой в направлен™ (10 10) значительно меньше,
чем в направлении (12 10) (рис. 11.6, б, 11.7). Высота зоны регенсра-
280
Рис. 11.8. Четыре профилированных кристалла а-1лЮз, выращенных за один цикл
ции в кристалле, выращенном на такой затравке, определяется крат-
чайшим расстоянием между боковыми гранями {10 1 0}.
Объем зоны регенерации у профилированных кристаллов занимает около 5 %, тогда как в кристаллах, выращенных на стандартной затравке, объем зоны регенерации достигает 30 %. Эффективность использования объема профилированных кристаллов составляет
25...30 %. Еще одним достоинством выращивания профилированных кристаллов является то, что в стандартном кристаллизаторе можно компактно разместить несколько затравок и вырастить за один цикл несколько кристаллов (рис. 11.8). В кристаллизаторе с объемом маточного раствора 5 л удавалось выращивать до 12 кристаллов.
11.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ a-LilOj
Кристаллы а-ЬПОз относятся к так называемым одномерным проводникам: величина электропроводности в направлении оси 6 (а33) на
2...3 порядка выше, чем в ортогональном направлении (ап). При температурах, близких к комнатной, электропроводность а-ЬПОз имеет ионный характер. Основными носителями являются ионы Li+ [10]. Прямым доказательством ионного характера проводимости служит электролиз кристаллов в процессе электропереноса, сопровождающийся ростом дендритов лития у отрицательного электрода [11]. Элек-
281
тропроводность а-ЬПОз подчиняется экспоненциальному закону с энергией активации для электропроводности в направлении оси 6-го порядка Я(стзз) = 0,5...0,6 эВ и для электропроводности в направлении, нормальном оси 6-го порядка, Н(ри) =1,0 эВ. Величины электропроводности и энергии активации зависят от pH раствора, в котором выращивались кристаллы: при изменении pH от 2 до 11 электропроводность ст33 возрастает более чем на порядок [12].
