Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
центральным деректон
50 10 70 Ю 90 Vs, uSJmum
Кристаллы Ого центрального дефекте
с центральным 9е<ректон
|'||_______I-
SO 60 70 80 у., об/пин
81
Инверсия диаметра кристалла при выращивании соответствует критическим условиям достижения плоского фронта кристаллизации. Кристаллы, выращенные при условиях, соответствующих областям под кривыми, показанными на рис. 2.27, имеют центральный дефект. Кристаллы, выращенные при условиях, соответствующих областям над кривыми, центрального дефекта не имеют. Следовательно, выращивать свободные от центрального дефекта кристаллы большого диаметра легче при меньших градиентах температуры. Снижение скорости вытягивания кристалла (см. рис. 2.27) действует так же, как и повышение градиента температуры. Наиболее эффективное средство достижения плоского фронта кристаллизации - повышение скорости вращения кристалла [97]. Для выращивания кристаллов ГГГ с плоским фронтом кристаллизации, обеспечивающим отсутствие центрального дефекта, следует повысить скорость вращения кристалла до 80 об/мин.
Важнейшим фактором, определяющим напряженное состояние кристалла ГГГ, выращенного вдоль направления <111>, являются дислокации. Образование дислокаций в структуре граната в результате пластической деформации под действием термоупругих напряжений затруднено из-за большого параметра решетки гранатов и, следовательно, большого вектора Бюргерса [94]. Основными механизмами возникновения дислокации в гранатах при росте можно считать:
а) прорастание дислокаций из области затравки;
б) образование дислокационных петель вследствие сегрегации примеси или возникновения дефектов упаковки.
Дислокации, прорастающие от затравки, образуют в ГГГ отдельные линии, тянущиеся вдоль направления выращивания. Дислокационные петли при росте кристалла в результате переползания трансформируются в геликоидальные дислокации [94, 100]. Один из способов устранения этих дислокаций - уменьшение диаметра перетяжки.
Отличие ГГГ от ИАГ состоит в том, что в ГГГ имеется летучий компонент СагОз, взаимодействующий с материалом тигля, что создает возможность отклонения от стехиометрии кристалла, образования дефектов упаковки и появления в кристалле значительных напряжений. Релаксация этих напряжений приводит к появлению дислокаций. Уменьшение плотности дислокаций этого типа возможно снижением скорости вращения.
Замечено [79], что кристаллы, имеющие центральный дефект, обычно не содержат дислокаций. Наоборот, в кристаллах, выращенных без центрального дефекта, плотность дислокаций существенно выше и составляет 50...500 см~2. Зависимость плотности дислокаций от присутствия центрального дефекта определяется тем, что, возникая в областях кристалла, близких к затравке, центральный дефект 82
как бы отсекает прорастающие из затравки дислокации от основного объема кристалла. Это происходит потому, что центральный дефект переводит деформацию в области затравки из осевой в радиальную. Но наличие центрального дефекта тоже не улучшает качество кристалла. Поэтому предлагалось [79], начав выращивать кристалл с центральным дефектом и устранив прорастание дислокаций из затравки в основную часть кристалла, затем перейти к режиму, позволяющему растить кристалл без центрального дефекта.
Ростовая полосчатость является наиболее трудно устранимым дефектом и особенно нежелательна в кристаллах ГГГ, используемых в качестве подложек, поскольку она приводит к вариации параметра решетки кристалла. В ГГГ, как и в других кристаллах, выращиваемых методом Чохральского, ростовая полосчатость определяется колебанием термических условий на фронте кристаллизации. Наблюдаемая в ГГГ ростовая полосчатость характеризуется двумя периодами: большим и малым. В [15] при выращивании кристаллов ГГГ диаметром более 20 мм большой период ростовой полосчатости составлял 230 ± 30 и малый - около 10 мкм. Ростовая полосчатость большого периода определяется изменением температуры на фронте кристаллизации из-за изменения мощности при автоматическом терморегулировании. Ростовая полосчатость малого периода зависит от скорости вращения кристалла и конвекционных потоков в расплаве. Если колебания мощности при терморегулировании больше чем 0,1 %, превалирующей оказывается ростовая полосчатость, определяемая терморегулированием. Если колебания мощности меньше 0,1 %, ростовая полосчатость, связанная с вращением кристалла, оказывается соизмеримой с полосчатостью, вызванной колебанием мощности (рис. 2.28). При терморегулировании с колебаниями мощности, соответствующими периоду L мкм ростовой полосчатости 10...60 мкм, основным фактором, определяющим полосчатость, становится вращение кристалла и конвекция. При выращивании ГГГ со скоростью вытягивания 6 мм/ч и вращения 75 об/мин период неоднородности, связанный с вращением, должен составлять 1,7 мкм. В действительности Же ОН СО- Ри?' 2Ж Соотношение между размерами ростовой „ полосчатости в кристаллах ГГГ и амплитудой флук-
СТаВЛЯеТ ОКОЛО 10 МКМ. туации мощности [98] (L - период ростовой полос-
Это означает, ЧТО при чатости: Д-малый период;», о - большой)
