DE2629650A1 - METHOD AND DEVICE FOR GROWING HGI DEEP 2 CRYSTALS - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR GROWING HGI DEEP 2 CRYSTALSInfo
- Publication number
- DE2629650A1 DE2629650A1 DE19762629650 DE2629650A DE2629650A1 DE 2629650 A1 DE2629650 A1 DE 2629650A1 DE 19762629650 DE19762629650 DE 19762629650 DE 2629650 A DE2629650 A DE 2629650A DE 2629650 A1 DE2629650 A1 DE 2629650A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- furnace
- ampoule
- crystals
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/002—Controlling or regulating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
United States Energy Research and Development Administration, Washington, D.C. 20545, U.S.A.United States Energy Research and Development Administration, Washington, D.C. 20545, U.S.A.
Verfahren und Vorrichtung zum Wachsen von HgI2~KristallenMethod and device for growing HgI 2 ~ crystals
Die Erfindung bezieht sich auf Quecksilberjodidkristalle und insbesondere auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Wachsen derartiger Kristalle, um größere, gleichförmigere und vollkommenere Kristalle zu erzeugen, die insbesondere in Strahlungsdetektoren verwendbar sind.The invention relates to crystals of mercury iodide and more particularly to a method and apparatus for growing such crystals to make larger, more uniform ones and to create more perfect crystals which are particularly useful in radiation detectors.
Quecksilberjodidkristalle wurden zur Verwendung in eine hohe Atomzahl aufweisenden bei Raumtemperatur betreibbaren Strahlungsdetektoren vorgeschlagen. Die Hauptschwierigkeiten bei HgI2 besteht jedoch in dessen strukturellen Unvollkommenheiten, usw., wobei viel Mühe aufgewandt wurde, um Rohmaterial mit höherer Reinheit und/oder Verfahren zum Kristallwachstum vorzusehen. Es sei beispielsweise in diesem Zusammenhang auf folgende Artikel verwiesen: Journal of Crystal Growth, 24/25, 205-211 (1974) von M. Schieber U.A.; Philips Tech. Rev., 28, 316-319 (1967) von H. Scholz; Acta Electronica, 17, 69-73 (1974) von H. Scholz; IEEE Transactions on Nuclear Science NS-22, Nr. 1 (1975) von Z. H. Cho U.A.; Crystal Growth Conference,Mercury iodide crystals have been proposed for use in high atomic number radiation detectors operable at room temperature. The main difficulties with HgI 2 , however, are its structural imperfections, etc., with much effort being made to provide higher purity raw material and / or methods of crystal growth. For example, in this context, reference is made to the following articles: Journal of Crystal Growth, 24/25, 205-211 (1974) by M. Schieber UA; Philips Tech. Rev., 28, 316-319 (1967) by H. Scholz; Acta Electronica, 17, 69-73 (1974) by H. Scholz; IEEE Transactions on Nuclear Science NS-22, No. 1 (1975) by ZH Cho UA; Crystal Growth Conference,
$09883/0900$ 09883/0900
_ 2 _ 262965Ö_ 2 _ 262965Ö
Supplement to Physics and Chemistry of Solids, Pergammon Press, Seiten 475-482 (1967) von H. Scholz u.A.Supplement to Physics and Chemistry of Solids, Pergammon Press, pages 475-482 (1967) by H. Scholz et al.
Die Kernbildung und das Wachstum von Quecksilberjodid (Hgl_) Kristallen der Strahlungsdetektorqualität wird durch die vorliegende Erfindung erreicht. Ganz allgemein bildet das erfindungsgemäße Verfahren für das Wachsen von HgI„-Kristallen eine Kombination aus bekannten einzelnen Verdampfungswachstumsverfahren: a) Wachstum durch geringe Übersättigungen und/oder Unterkühlung, ΔΤ; b) Ziehen des Kristalls derart, daß die Ziehrate gleich der Wachstumsrate im Gradienten ist und der Kristall somit mit einem konstanten ΔΤ wächst; und c) Oszillation der Temperatur von Ausgangsmaterial (Quelle) T zwischen T ..> T und T 2< T , wobei T die Temperatur des wachsenden Kristalls ist. Durch das verbesserte kombinierte erfindungsgemäße Wachsturnsverfahren hergestellte Kristalle sind größer, gleichförmiger und von höherer Vollkommenheit als Kristalle, die durch irgendeines der einzelnen Verfahren getrennt hergestellt wurden. Demgemäß kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung für das HgI2-Kristallwachstum in einem Arbeitsvorgang oder Verfahren drei Prinzipien des Verdampfungswachstums, die in der Vergangenheit getrennt verwendet wurden.The nucleation and growth of mercury iodide (Hgl_) crystals of radiation detector quality is achieved by the present invention. In general, the process according to the invention for the growth of HgI “crystals forms a combination of known individual evaporation growth processes: a) growth through slight supersaturation and / or undercooling, ΔΤ; b) pulling the crystal in such a way that the pull rate is equal to the growth rate in the gradient and the crystal thus grows with a constant ΔΤ; and c) oscillation of the temperature of starting material (source) T between T ..> T and T 2 <T, where T is the temperature of the growing crystal. Crystals made by the improved combined growth process of the present invention are larger, more uniform, and of higher perfection than crystals made by any of the individual processes separately. Accordingly, the method according to the invention and the device according to the invention for HgI 2 crystal growth combine in one operation or method three principles of evaporation growth which have been used separately in the past.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Wachstum von HgI -Kristallen vorzusehen, und zwar insbesondere derart, daß größere, gleichförmigere und vollkommenere HgI2-Kristalle entstehen, die in Strahlungsdetektoren verwendbar sind.It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for growing HgI crystals, in particular in such a way that larger, more uniform and more perfect HgI 2 crystals are produced which can be used in radiation detectors.
Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, ein verbessertes HgI--Kristallwachsturnsverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorzusehen, wobei die drei bekannten Kristallwachstumsverfahren kombiniert werden, auf welche Weise sich ein Kristall ergibt, der einem Kristall überlegen ist, welcher durch die einzelnen Verfahren hergestellt werden kann.The invention has also set itself the goal of an improved HgI - crystal growth process and a device for Implementation of this procedure provide the three known Crystal growth processes are combined, in which way a crystal results that is superior to a crystal which can be produced by the individual processes.
609883/0900609883/0900
Die Erfindung bezweckt ferner, ein HgI3-Kristallwachstumsverfahren anzugeben, welches die folgenden einzelnen Verfahren in einem einzigen Verfahren kombiniert: Wachstum bei niedrigen Übersättigungen oder Unterkühlungen; Wachstum durch Ziehen des Kristalls; und Wachstum durch Temperaturoszillation.The invention further aims to provide an HgI 3 crystal growth process which combines the following individual processes in a single process: growth at low supersaturations or undercooling; Growth by pulling the crystal; and growth by temperature oscillation.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:Further preferred embodiments of the invention emerge in particular from the claims and from the description of embodiments based on the drawing; in the drawing shows:
Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wachstum von Hglj-Kristallen;1 schematically shows the device according to the invention for performing the method according to the invention for Growth of Hglj crystals;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Spektrums vonFig. 2 is a graphical representation of the spectrum of
241
Americium 241 ( Am), festgestellt mit einem Hgl_
Kristall, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Wachstum hergestellt wurde.241
Americium 241 (Am), determined with a Hgl_ crystal which was produced by growth according to the method according to the invention.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, welche drei einzeln bekannte Verfahren benutzt, um Quecksilberjodid (HgI3)-Kristalle zu wachsen. Grundsätzlich umfaßt die Erfindung die Kombination von niedrigen Übersättigungen oder Unterkühlungen, des Ziehens- des Kristalls und die Temperaturoszillation. Insbesondere sieht die Erfindung vor, daß das Ausgangsmaterial (Quellenmaterial) von Hgl_-Pulver im einen Ende einer sich längserstreckenden Ampulle angeordnet ist. Die Ampulle wird in einem sich in Horizontalrichtung erstreckenden Ofen angeordnet, der in zwei unterschiedliche Temperaturzonen unterteilt ist, nämlich eine Ausgangsmaterialzone (Quellenzone) und eine Kristallzone, wobei sich dazwischen ein verhältnismäßig kurzer Übergang befindet. Der Hgl„-Kristall bildet sich am Ende.der Ampulle entgegengesetzt zum Ausgangsmaterial aus, wenn das Kristallende sehr langsam von dem Übergang im Ofen (mit der Rate des Kristallwachstums) wegbewegt wird. Die Kristallzonentemperatur wird innerhalb eines BereichsThe invention relates to a method and an apparatus which uses three individually known methods to grow mercury iodide (HgI 3 ) crystals. In principle, the invention comprises the combination of low supersaturations or undercooling, pulling of the crystal and temperature oscillation. In particular, the invention provides that the starting material (source material) of Hgl_ powder is arranged in one end of a longitudinally extending ampoule. The ampoule is placed in a horizontally extending oven which is divided into two different temperature zones, namely a starting material zone (source zone) and a crystal zone, with a relatively short transition between them. The Hgl "crystal forms at the end of the ampoule opposite to the starting material when the crystal end is moved very slowly away from the transition in the furnace (at the rate of crystal growth). The crystal zone temperature becomes within a range
609883/09Q0609883 / 09Q0
von 100°C bis 130°C konstant gehalten, wohingegen die Quellenzonentemperatur zwischen zwei Temperaturen verändert wird, wobei die erste Temperatur in der Größenordnung von 1 C oberhalb der Kristallzone liegt, während die zweite etwas weniger als diesdarunter liegt. Dies erzeugt abwechselnde Wachstums- und Ätzungs(Wiederverdampfungs-)-Zyklen, welche die Kernbildung (Keimbildung) eines einzigen Kerns (Keims) begünstigen. Die TemperaturOszillationen in der Ausgangsmaterialzone (Quellenzone) sind während der ersten Stufen des Verfahrens wichtig und können dann beendet werden, wenn der dominante Impfling auf Millimetergröße angewachsen ist.kept constant from 100 ° C to 130 ° C, whereas the source zone temperature is varied between two temperatures, the first temperature on the order of 1 C above the crystal zone, while the second is slightly less than this. This creates alternating growth and growth Etching (re-evaporation) cycles, which favor the nucleation (nucleation) of a single nucleus (nucleus). the Temperature oscillations in the starting material zone (source zone) are important during the early stages of the procedure and can then be terminated when the dominant vaccinee has grown to millimeter size.
Bevor die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Durchführung 'des Verfahrens beschrieben werden, seien die einzelnen Verfahren beschrieben- welche in Kombination die Erfindung ergeben; es handelt sich dabei um a) Wachstum bei geringen Übersättigungen und/oder Unterkühlungen, AT; b) Ziehen des Kristalls derart, daß die Ziehgeschwindigkeit gleich der Wachstumsgeschwindigkeit im Gradienten ist und der Kristall somit bei einem konsten δΤ wächst; c) Oszillation der Temperatur der Quelle T zwischen TS > T und T < T , wobei T die Temperatur des wachsenden Kristalls ist.Before the details of the method according to the invention and the device for carrying out 'the method are described the individual processes are described - which in combination result in the invention; These are a) Growth with low levels of supersaturation and / or hypothermia, AT; b) pulling the crystal in such a way that the pulling speed is equal to the growth rate in the gradient and the crystal thus grows at a constant δΤ; c) Oscillation of the temperature of the source T between TS> T and T <T, where T is the temperature of the growing Crystal is.
a. Niedrige Übersättigungen oder Unterkühlungen:a. Low oversaturation or hypothermia:
Aus dem Artikel in Journal of Crystal Growth, 24/25, 205-211 (1974) ist es bekannt, daß HgI2 statisch aus der Dampfphase mit großen Werten der Unterkühlungen von δΤ von ungefähr 40°C (beispielsweise T = 140 und T„ = 100°C) gewachsen werden kann.From the article in Journal of Crystal Growth, 24/25, 205-211 (1974) it is known that HgI 2 can be generated statically from the vapor phase with large values of supercooling of δΤ of approximately 40 ° C (for example T = 140 and T " = 100 ° C) can be grown.
Einer der komplizierenden Faktoren während des Kristallwachstums von HgI2 ist die Phasentransformation von:One of the complicating factors during the crystal growth of HgI 2 is the phase transformation of:
609883/0900609883/0900
2629626296
127°C
rotem HgI3 *~ gelbes127 ° C
red HgI 3 * ~ yellow
Wenn man daher T > 127 C hält, werden viele gelbe Kerne (Keime) erzeugt. Selbst dann, wenn die Wachstumsversuche unterhalb 127°C ausgeführt werden, d.h. sowohl T als T sind kleiner als 127°C, existiert noch immer eine merkliche Rate der Kernbildung und des Wachstums an metastabilem gelbem HgI0. Daher vermindern bei Werten von ΔΤ «. 40 C gewachsene Kristalle die Chancen, gelbes HgI0 zu wachsen, welches sich in destruktiver Weise in rotes HgI0 transformiert, wenn T auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Eine praktische Empfehlung besteht darin, Kristalle bei sehr niedrigen aT's von ungefähr 0,5 C <ΔΤ c 5 C zu wachsen und somit das Wachstum bei sehr geringen Wachstumsraten von ungefähr 100 Mikrometern pro Tag auszuführen. Sehr langsam gewachsene Kristalle besitzen eine wesentlich höhere Perfektion und eine viel höhere Reinheit. Letzteres kann aus der Tatsache abgeleitet werden, daß das sogenannte hochreine HgI0, ursprünglich als frei von Kohlenstoffverunreinigungen betrachtet, einen schwarzen Niederdruckrest zurückläßt, wenn das ganze Material verdampft und als ein. Kristall kondensiert ist.Therefore, if you keep T> 127 C, a lot of yellow nuclei (nuclei) will be produced. Even if the growth experiments are carried out below 127 ° C, ie both T and T are less than 127 ° C, there is still a noticeable rate of nucleation and metastable yellow HgI 0 growth. Therefore decrease at values of ΔΤ «. Crystals grown at 40 C have a chance of growing yellow HgI 0 , which destructively transforms into red HgI 0 when T is cooled to room temperature. A practical recommendation is to grow crystals at very low aT's of about 0.5 C <ΔΤ c 5 C and thus grow at very low growth rates of about 100 micrometers per day. Crystals that grow very slowly have a much higher degree of perfection and a much higher degree of purity. The latter can be deduced from the fact that the so-called high purity HgI 0 , originally considered free of carbon impurities, leaves a black, low pressure residue when all of the material evaporates and as a. Crystal is condensed.
b. Ziehen des Kristalls:b. Pulling the crystal:
Aus dem oben erwähnten Artikel in Journal of Crystal Growth ist es bekannt, daß das Ziehen des wachsenden Kristalls in einem flachen Gradienten eine Äqualisation (Ausgleichung) der Raten von Zug, Verdampfung und Wachstum bewirkt; demgemäß gestattet das Ziehen das Wachsen von großen Einkristallen. Dies kann entweder in einem Zweizonen-Ofen mit den entsprechenden Temperaturen von T0 und T derart, daß T = T„ - T ist, erreicht werden oder in einem ein dreieckig geformtes Temperaturprofil aufweisenden Dreizonen-Ofen, wo T und T ansteigende und abfallende Gradienten des Ofens mit dem gleichen ErgebnisIt is known from the above-mentioned Journal of Crystal Growth article that pulling the growing crystal in a shallow gradient causes the rates of pull, evaporation and growth to equalize; accordingly, pulling allows large single crystals to be grown. This can either be achieved in a two-zone oven with the corresponding temperatures of T 0 and T such that T = T "- T, or in a three-zone oven with a triangular temperature profile, where T and T rise and fall of the oven with the same result
von T= T ~ T sind. Wiederum wurde gezeigt, daß nur mit S Cof T = T ~ T. Again it was shown that only with S C
sehr geringen Werten von δΤ gezogene Kristalle einkristallin sind und Nukleardetektorqualität besitzen. Das Ziehen des Kristalls allein ohne Übersättigung oder Unterkühlungen reicht nicht aus, um das Wachstum von Detektorkristallen guter Qualitätvery low values of δΤ pulled crystals monocrystalline and are nuclear detector quality. Pulling the crystal alone without oversaturation or hypothermia is enough does not stop the growth of good quality detector crystals
609883/090Q609883 / 090Q
sicherzustellen.to ensure.
Temperaturoszillation:Temperature oscillation:
Aus der "Kapillaritäts"-Theorie der Kernbildung (vgl. "Condensation and Evaporation" von J. P. Hirth U.A., Macmillan Company, New York, 1963) ist es bekannt, daß der kritische Radius (r ) eines ohne weiteres ausgebildeten Kerns umgekehrt proportional zu seinem Dampfdruck (P) ist. Es erscheint daher möglich, den Kernbildungsprozess zu steuern und die Kernbildung von nur einem einzigen Kern zu fördern, wenn man die gebildeten Kerne wiederverdampft. Durch die Oszillation ihrer Temperatur zwischen Wachstum und Wiederverdampfung werden die kleineren und weniger vollkommenen Kerne, d.h. diejenigen, die höhere Energien besitzen, wieder verdampft, wohingegen die größen und vollkommeneren Kerne das Wiederverdampf ungsverfahren überleben. Die Anwendung dieser Prinzipien auf das Verdampfungswachstum von HgI2 wurde zuerst von H. Scholz bei Philips Aachen (vgl. den oben erwähnten Acta Electronica Artikel) vorgenommen, der diese Prinzipien zuvor auf das Wachstum anderer Kristalle, wie beispielsweise GaP, τ—Fe-O oder NiFe 0. gewachsen durch Dampfchemietransport angewandt hatte. Andere hatten ebenfalls das Temperaturoszillationsverfahren für das Wachstum von CuS und CoS~ für die hydrothermische Synthese von Se verwendet. Auch die Erzeugung von Kristallen aus Yttrium-Phosphat-Arsenat und Vandat aus Fluß durch Überlagerung von Temperaturfluktuationen auf eine lineare Abkühlkurve wurde bereits durchgeführt. Scholz (vgl. den Acta Electronica Artikel) bemerkt, daß die einzige Möglichkeit zur Erzeugung von Einkristallen aus HgI2 durch die Temperaturoszillations-Methode darin besteht, einen Vertikalofen mit einem Radialgradienten zu verwenden.From the "capillarity" theory of nucleation (cf. "Condensation and Evaporation" by JP Hirth UA, Macmillan Company, New York, 1963) it is known that the critical radius (r) of a readily formed nucleus is inversely proportional to its Is vapor pressure (P). It therefore appears possible to control the nucleation process and to promote the nucleation of only a single nucleus by re-evaporating the nuclei formed. By oscillating their temperature between growth and re-evaporation, the smaller and less perfect nuclei, ie those with higher energies, are evaporated again, whereas the larger and more perfect nuclei survive the re-evaporation process. The application of these principles to the evaporation growth of HgI 2 was first made by H. Scholz at Philips Aachen (see the Acta Electronica article mentioned above), who previously applied these principles to the growth of other crystals such as GaP, τ-Fe-O or NiFe 0. grown by chemical vapor transport. Others had also used the temperature oscillation method for the growth of CuS and CoS ~ for the hydrothermal synthesis of Se. The production of crystals from yttrium phosphate arsenate and vandate from flux by superimposing temperature fluctuations on a linear cooling curve has already been carried out. Scholz (see the Acta Electronica article) notes that the only way to produce single crystals of HgI 2 by the temperature oscillation method is to use a vertical furnace with a radial gradient.
Durchgeführte Versuche zur Bestätigung der vorliegenden Erfindung haben aber Einkristalle aus HgI2 in einem erfindungsgemäßen Horizontalsystem ergeben und sämtliche so erzeugten Kristalle besaßen Detektorqualität, obwohl die bei kleinerem δΤ gewachsenen bessere Qualität hatten.Experiments carried out to confirm the present invention have, however, produced single crystals of HgI 2 in a horizontal system according to the invention and all crystals produced in this way were of detector quality, although those that grew with a smaller δΤ were of better quality.
609883/0900609883/0900
26236502623650
Das erfindungsgemäße kombinierte Wachsverfahren kann - wie in Fig. 1 gezeigt - als ein Zweizonen-Horizontalofen 10 zusammengefaßt werden, in dem(in einem geschlossenen Rohr oder einer Ampulle 11) HgI2-Dampf von einer Heiß-Sublimierzone 12 zu einer Kalt-Kondensierzone 13 der Ampulle 11 transportiert wird, welche evakuiert ist und aus Quarz oder Pyrex beispielsweise bestehen kann und einen Durchmesser von 2 Zoll und eine Länge von 16 Zoll aufweist. Der Ofen 10 kann beispielsweise eine Innenkammer oder einen Heizkasten 14 von ungefähr 2 Fuß Länge und 2 1/4 Zoll Durchmesser aufweisen, und er ist auf einem sich langsam bewegenden Translationstisch 15 befestigt. Der Ofen 10 umfaßt eine Quellenmaterialzone 16 und eine Kristallzone 17, wobei die Zonen durch elektrische Heizspulen 18 bzw. 19 erhitzt werden. Die Quellenmaterialzone 16 wird durch eine Oszillationstemperatur-Steuervorrichtung 20 gesteuert, wohingegen die Kristallzone 17 durch eine Temperatursteuervorrichtung 21 gesteuert wird, wobei eine (nicht gezeigte) Leistungsversorgung mit den Heizspulen 18 und 19 in Verbindung steht. (Hinweis: Das Temperaturprofil des Ofens 10 ist unmittelbar oberhalb der Zeichnung des Ofens in Fig. 1 oben dargestellt.)The combined waxing process according to the invention can - as shown in FIG. 1 - be summarized as a two-zone horizontal oven 10 in which (in a closed tube or an ampoule 11) HgI 2 vapor from a hot sublimation zone 12 to a cold condensation zone 13 the ampoule 11 is transported, which is evacuated and can be made of quartz or Pyrex, for example, and has a diameter of 2 inches and a length of 16 inches. For example, the oven 10 may have an interior chamber or heating box 14 approximately 2 feet long and 2 1/4 inches in diameter and mounted on a slow moving translation table 15. The furnace 10 includes a source material zone 16 and a crystal zone 17, the zones being heated by electrical heating coils 18 and 19, respectively. The source material zone 16 is controlled by an oscillation temperature controller 20, whereas the crystal zone 17 is controlled by a temperature controller 21 with a power supply (not shown) in communication with the heating coils 18 and 19. (Note: the temperature profile of furnace 10 is shown immediately above the drawing of the furnace in Figure 1 above.)
Der Translationstisch 15 ist auf einer eine veränderbare Geschwindigkeit aufweisenden Translationsantriebsvorrichtung 22, beispielsweise der Schraubenbauart,· angeordnet, wobei dieser Tisch durch eine nicht gezeigte Vorrichtung betätigt wird, und wobei ferner die Drehung der Antriebsvorrichtung 22 den Tisch 15 derart entlangbewegt, daß sich der Ofen 10 bezüglich der Ampulle 11 bewegt, die durch eine mit einem festen Träger 24 verbundene Stange 23 gehalten ist. Der Ofen 10 ist derart konstruiert, daß die Zonen 16 und 17 unabhängig durch die entsprechenden Steuervorrichtungen 20 und 21 auf einer gesonderten gleichförmigen Temperatur gehalten werden können, wobei nur eine sehr kurze (1/2 Zoll) Übergangszone zwischen den beiden Zonen vorhanden ist. Es wurden verschiedene Übergangsζonentemperaturen verwendet, aber sie ändern sich normalerweise im Bereich von 100°C bis 130°C. Die Temperaturdifferenz &T zwischen den Zonen 16 und 17 kann üblicherweise bis zu 40 C betragen, muß aber in der Größenordnung von 1°cThe translation table 15 is at a variable speed having translational drive device 22, for example of the screw type, · arranged, wherein this table is actuated by a device not shown, and further the rotation of the drive device 22 moves the table 15 along such that the oven 10 moves with respect to the ampoule 11, which is provided with a fixed support 24 connected rod 23 is held. The furnace 10 is constructed so that the zones 16 and 17 are independent are maintained at a separate uniform temperature by the respective control devices 20 and 21 with only a very short (1/2 inch) transition zone between the two zones. There were different ones Transitional zone temperatures used, but they change usually in the range of 100 ° C to 130 ° C. The temperature difference & T between zones 16 and 17 can usually be up to 40 C, but must be in the order of 1 ° C
609883/0900609883/0900
2629S5Ö2629S5Ö
oder dgl. für Kristalle der Detektorqualität liegen/ die im Ofen 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Das HgIp Ausgangs- oder Quellenmaterial 25 (und der Kristall 26) befinden sich in einer evakuierten Ampulle 11. Die Ampulle 11 wird innerhalb der Kammer 14 des Ofens 10 durch eine Stange 23 in fester Lage bezüglich des sich bewegenden Ofens gehalten. Die Ofenbewegungsgeschwindigkeit muß mit der Verdampfungsrate des Ausgangsmaterials 25 und der Wachstumsrate des Kristalls 26 zusammenpassen; demgemäß wird die Lage der Dampf-Festkörper-Grenzschicht des wachsenden Kristalls 26 fest auf der gleichen Position im Ofen 10 gehalten. Dies erlaubt es dann, daß der Kristall 26 wächst, und zwar beispielsweise bei einer festen Temperatur (102 C) und einem festen δ Τ(4 C). Beispielsweise sollte bei einer linearen Verdampfungsrate von 1 mm pro Tag bis 3 mm pro Tag des Ausgangsmaterials die Ofenbewegungsgeschwindigkeit und die Kristallwachstumsrate auf ähnlichen Raten von 1 bis 3 mm pro Tag gehalten werden.or the like. For crystals of detector quality / which are im Furnace 10 can be manufactured according to the method of the invention. The HgIp source or source material 25 (and the Crystal 26) are located in an evacuated ampoule 11. The ampoule 11 is located inside the chamber 14 of the furnace 10 held in a fixed position with respect to the moving furnace by a rod 23. The furnace movement speed must match with the rate of evaporation of the starting material 25 and the rate of growth of the crystal 26; accordingly becomes the location of the vapor-solid interface of the growing Crystal 26 held firmly in the same position in furnace 10. This then allows the crystal 26 to grow and for example at a fixed temperature (102 C) and a fixed δ Τ (4 C). For example, a linear Evaporation rate from 1 mm per day to 3 mm per day of the starting material the furnace moving speed and the crystal growth rate be maintained at similar rates of 1 to 3 mm per day.
Zusätzlich zum Ziehen legt das erfindungsgemäßen Wachstumsverfahren sowie der erfindungsgemäße Ofen die Oszillation der Quellenmaterialtemperatur an, was hauptsächlich während der Anfangsstufen wichtig ist, um periodisch jegliche sich in der Kristallzone 17 ausbildende kernbildende Impflinge (Keime) zu wachsen und wiederzuverdampfen (ätzen). Typische aT's für Wachstum und Wiederverdampfung liegen in der Größenordnung von 1 bis 10 C. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erlaubt, daß 1 bis 5 dominante Keime für das schließliche Wachstum überleben. Typische Größen von durch dieses Verfahren gewachsenen Kristallen sind 1/4 χ 1/4 χ 1/8 Zoll, obwohl der Größenbereich von 1/4 χ 1/8 χ 1/32 bis 1/2 χ 1/2 χ 1/4 Zoll variieren kann, wo noch immer die Anforderungen für Kristalle der Detektorqualität erfüllt sind.In addition to pulling, the growth method according to the invention provides as well as the furnace according to the invention, the oscillation of the source material temperature, which is mainly during the Initial stages is important to periodically turn to any Crystal zone 17 forming nucleus-forming seedlings (nuclei) to grow and re-evaporate (etch). Typical aT's for growth and re-evaporation are of the order of 1 to 10 C. The method according to the invention allows that 1 to 5 dominant germs survive for eventual growth. Typical sizes of those grown by this process Crystals are 1/4 χ 1/4 χ 1/8 inches, although the size range is from 1/4 χ 1/8 χ 1/32 to 1/2 χ 1/2 χ 1/4 inches may vary wherever the requirements for detector quality crystals are still met.
Anfangs werden die Quarz- oder Pyrexglas-Ampullen 11 chemisch gereinigt, in Alkohol gespült und vor Beladung mit dem gereinigtenInitially, the quartz or pyrex glass ampoules 11 become chemical cleaned, rinsed in alcohol and cleaned before loading
609883/0900609883/0900
HgI0-Rohmaterial 25 (10 bis 40 g) ausgeheizt. Die beladenen Ampullen enthalten typischerweise 30 g HgI0 und werden sodannHgI 0 raw material 25 (10 to 40 g) baked out. The loaded ampoules typically contain 30 g of HgI 0 and are then
-5
auf einen Druck von 10 Torr oder weniger evakuiert und sodann abgedichtet, beispielsweise mit einer Flamme. Der Evakuierungsbereich der Ampullen kann zufriedenstellenderweise im Bereich
von 10 bis 10 Torr liegen. Zu dieser Zeit wird die Kristallzone 13 der Ampulle ebenfalls gründlich durch die Flamme erhitzt,
um jedwedes Hglo-Streupulver, usw., herauszutreiben.
Sodann wird die Ampulle 11 in die Heizkammer 14 des Ofens
eingebracht und darinnen, wie oben beschrieben, durch Stange 23 gehaltert.-5
evacuated to a pressure of 10 torr or less and then sealed, for example with a flame. The evacuation range of the ampules can be satisfactorily in the range of 10 to 10 torr. At this time, the crystal zone 13 of the ampoule is also thoroughly heated by the flame to drive out any Hgl o scattering powder, etc. The ampoule 11 is then introduced into the heating chamber 14 of the furnace and held therein by rod 23, as described above.
Durch Verwendung des Verfahrens des Zyklusbetriebs oder der Temperaturoszillation wird eine bessere Steuerung über die Anzahl der kleinen Keimkristalle erreicht, die während der spontanen Kernbildung während der Wachstumsphase entstehen. Üblicherweise erfährt ein Überschuß der Keime während des anfänglichen Wachstums die Kernbildung und sie gehören häufig zur gelben metastabilen ß-Phase, obwohl die Keimtemperaturen beträchtlich unterhalb der Feststufen-oc-ß-Phasenübergangstemperatur von 127°C gehalten werden. Durch Umkehr des Zeichens von ΔΤ zur Hervorrufung der Kristallätzung und durch Auswahl passender Zyklusbedingungen können die gelben Keime und kleineren roten Keime selektiv entfernt werden, während noch immer ein dominanter roter Keimling für das schließliche Wachstum in einen oder mehrere größere Kristalle übrig bleibt. Der WiederverdampfungsZyklus kann dann beendet werden, wenn ein (oder einige wenige) gewünschter außerordentlich vollkommener dominanter Keim auf Millimetergröße angewachsen ist. Typische Oszillationsperioden für den oben beschriebenen Zwei-Zoll-Ofen sind 1 bis 30 Minuten, obwohl in einem der größeren Vier-Zoll-Horizontalöfen, die zur Darstellung der Erfindung verwendet wurden, Perioden von 90 Minuten mit gleichem Erfolg verwendet wurden.By using the cycling or temperature oscillation method, better control over the Number of small seed crystals reached, which arise during the spontaneous nucleation during the growth phase. Usually an excess of the nuclei undergoes nucleation during initial growth and they often belong to the yellow metastable ß-phase, although the nucleation temperatures are considerably below the solid-state oc-ß phase transition temperature must be kept at 127 ° C. By reversing the sign of ΔΤ to cause the crystal etch and by selection With appropriate cycle conditions, the yellow germs and smaller red germs can be selectively removed while still always a dominant red seedling remains for eventual growth into one or more larger crystals. The re-evaporation cycle can then be terminated when one (or a few) desired extremely perfect dominant germ grown to millimeter size is. Typical oscillation periods for the two inch oven described above are 1 to 30 minutes, although in one of the larger four inch horizontal ovens used in the practice of the invention, periods of 90 minutes of the same Success were used.
Selbst bei relativ schnellem Wachstum (103 bis 105 /</Tag)Even with relatively rapid growth (10 3 to 10 5 / </ day)
608883/0900608883/0900
und aT's von 5 bis 10 C zeigten die durch dieses Verfahrenand aT's of 5 to 10 C showed that by this method
erhaltenen Kristalle gute Detektorqualitäten. Bei wesentlichcrystals obtained have good detector qualities. At essential
2 3
langsameren Wachsturnsraten (10 bis 10 Mikrometer/Tag) und2 3
slower growth rates (10 to 10 microns / day) and
geringeren Δ T's (0,5 bis 5°C) werden die Detektoreigenschaften stark verbessert.lower Δ T's (0.5 to 5 ° C), the detector properties are greatly improved.
Fig. 2 veranschaulicht deutlich den durch die vorliegendeFigure 2 clearly illustrates that provided by the present
Erfindung erreichten Fortschritt; Fig. 2 zeigt nämlich einInvention made progress; Namely, Fig. 2 shows a
241
Spektrum von Am., welches durch die Detektorwirkung eines241
Spectrum of Am., Which is determined by the detector effect of a
HgI--Kristalls ermittelt wurde, der durch das erfindungsgemäße Verfahren gewachsen wurde.HgI crystal was determined by the inventive Procedure has grown.
Man erkennt somit, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung schafft, welches in einem Verfahren drei Prinzipien des Dampfwachstums kombiniert, was vollkommenere, reinere und eine bessere Kernauflösung aufweisende Kristalle ergibt als sie unter Verwendung der drei Prinzipien gesondert erhalten werden können.It can thus be seen that the present invention provides a method and an apparatus which, in a method combines three principles of vapor growth, resulting in more perfect, purer and better core dissolution Crystals result when they can be obtained separately using the three principles.
Wie bereits erwähnt, werden durch das erfindungsgemäße Kristallwachsverfahren Kristalle erzeugt, die besonders als Röntgenstrahlen und/oder Kerndetektoren verwendet werden können.As already mentioned, the crystal wax process according to the invention Crystals are generated that can be used particularly as X-rays and / or nuclear detectors.
Obwohl spezielle Parameter, Materialien, usw. für ein spezielles Ausführungsbeispiel des Ofens dargestellt und/oder beschrieben wurden, so können doch auch Abwandlungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Although specific parameters, materials, etc. are shown and / or described for a specific embodiment of the furnace but modifications can be made without departing from the scope of the invention.
609883/0900609883/0900
Claims (11)
gekennzeichnet durch die Kombination des Wachsens der Kristalle bei niedrigen Übersättigungen und Unterkühlungen (aT)/ Ziehen der Kristalle derart, daß die Ziehgeschwindigkeit gleich der Wachstumsgeschwindigkeit in einem Temperaturgradienten ist und der Kristall mit einem konstanten ΔΤ wächst, Oszillieren der Temperatur des Ausgangsmaterials (T ) zwischen T1 > T1.Method of growing mercury iodide crystals,
characterized by the combination of growing the crystals at low supersaturations and supercooling (aT) / pulling the crystals such that the pulling rate is equal to the growth rate in a temperature gradient and the crystal grows with a constant ΔΤ, oscillating the temperature of the starting material (T) between T 1 > T
bis 10°C ausgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the step of crystal growth at low supersaturations and undercooling (δΤ) with an AT of approximately 0.5 C.
up to 10 ° C.
Temperatur T konstant innerhalb eines Bereichs von ungefähr 100 C bis ungefähr 130 C gehalten wird, und wobei ferner die Temperatur Tc im Bereich von ungefähr 1°C oberhalb bis ungefähr 1 C unterhalb der Temperatur T liegt.6. The method according to claim 1, characterized in that the step of oscillating the temperature of the source material is carried out in a horizontal furnace, wherein the
Temperature T is maintained constant within a range of about 100.degree. C. to about 130.degree. C., and further wherein the temperature T c is in the range of about 1.degree. C. above to about 1.degree. C. below the temperature T.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US59248175A | 1975-07-01 | 1975-07-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2629650A1 true DE2629650A1 (en) | 1977-01-20 |
Family
ID=24370824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19762629650 Withdrawn DE2629650A1 (en) | 1975-07-01 | 1976-07-01 | METHOD AND DEVICE FOR GROWING HGI DEEP 2 CRYSTALS |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5224191A (en) |
| AU (1) | AU499145B2 (en) |
| BE (1) | BE843518A (en) |
| CA (1) | CA1060762A (en) |
| DE (1) | DE2629650A1 (en) |
| ES (1) | ES449423A1 (en) |
| FR (1) | FR2315994A1 (en) |
| GB (1) | GB1493550A (en) |
| IL (1) | IL49801A0 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2478135A1 (en) * | 1980-03-11 | 1981-09-18 | Centre Nat Etd Spatiales | METHOD FOR NUCLEATING AND GROWING MONOCRYSTAL IN A CLOSED TUBULAR ENCLOSURE AND PRODUCTS OBTAINED |
| DE3304060C2 (en) * | 1983-02-07 | 1986-03-20 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Method and device for the production of single crystals from the gas phase |
| FR2612205A1 (en) * | 1987-03-12 | 1988-09-16 | Ceskoslovenska Akademie Ved | PROCESS FOR ENSURING THE GROWTH OF MONOVALENT MERCURY HALIDE CRYSTALS |
| ES2077496B1 (en) * | 1993-04-22 | 1998-01-01 | Invest Energeticas Medio Ambie | MANUFACTURING SYSTEM FOR RADIATION MICRODETECTORS BASED ON HGI2. |
-
1976
- 1976-06-04 CA CA254,044A patent/CA1060762A/en not_active Expired
- 1976-06-07 GB GB23415/76A patent/GB1493550A/en not_active Expired
- 1976-06-15 IL IL49801A patent/IL49801A0/en unknown
- 1976-06-26 AU AU15340/76A patent/AU499145B2/en not_active Expired
- 1976-06-28 BE BE168403A patent/BE843518A/en unknown
- 1976-06-29 FR FR7619754A patent/FR2315994A1/en not_active Withdrawn
- 1976-06-29 JP JP51076990A patent/JPS5224191A/en active Pending
- 1976-07-01 DE DE19762629650 patent/DE2629650A1/en not_active Withdrawn
- 1976-07-01 ES ES449423A patent/ES449423A1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE843518A (en) | 1976-10-18 |
| IL49801A0 (en) | 1976-09-30 |
| GB1493550A (en) | 1977-11-30 |
| ES449423A1 (en) | 1977-07-01 |
| CA1060762A (en) | 1979-08-21 |
| AU499145B2 (en) | 1979-04-05 |
| FR2315994A1 (en) | 1977-01-28 |
| AU1534076A (en) | 1978-01-05 |
| JPS5224191A (en) | 1977-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3855539T3 (en) | SUBLIMATION GROWTH OF SILICON CARBIDEIN CRYSTALS | |
| DE69910863T2 (en) | Process for the preparation of calcium fluoride and calcium fluoride for photolithography | |
| DE2639707A1 (en) | PROCEDURE FOR REGULATING THE OXYGEN CONTENT DURING THE PULLING OF SILICON CRYSTALS | |
| DE1034772B (en) | Process for pulling stress-free single crystals of almost constant activator concentration from a semiconductor melt | |
| DE3781016T2 (en) | METHOD FOR GROWING A MULTI-COMPONENT CRYSTAL. | |
| DE2629650A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR GROWING HGI DEEP 2 CRYSTALS | |
| DE2161072C3 (en) | Method for producing a single crystal from a compound semiconductor and boats for carrying out this method | |
| DE2311370C3 (en) | Process for growing crystals of a compound | |
| DE69405019T2 (en) | Method and device for producing thin crystalline layers for solid-state lasers | |
| DE1519837A1 (en) | Crystal fusion | |
| DE1544199A1 (en) | Magneto-optic light control device | |
| DE3325058C2 (en) | Method and device for epitaxial growth of a ZnSe single crystal | |
| DE3872644T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING MONOCRISTALLINE MERCURY-CADMIUM-TELLURIDE LAYERS. | |
| DE2038875A1 (en) | Process for the production of grown mixed crystals | |
| DE3124634C2 (en) | ||
| DE2137772C3 (en) | Process for growing crystals from semiconducting compounds | |
| DE1519804A1 (en) | Process for vapor growth of semiconductors | |
| DE2332388C2 (en) | Process for the production of rod-shaped single crystals and device for carrying out the process | |
| DE2217301A1 (en) | Controlled epitaxial growth from a supercooled building material melt solution | |
| DE3419722C2 (en) | ||
| DE2501525C3 (en) | Method of making a semiconductor compound | |
| DE1519844C3 (en) | Process for removing inclusions from crystals | |
| AT242747B (en) | Process for the production of sheet-shaped single crystals from semiconductor material | |
| AT240912B (en) | Process for the production of epitaxial layers on semiconductor single crystals for enlarging and / or doping the single crystals as well as for producing transitions on them | |
| DE1544251A1 (en) | Process for the production of thin, single-crystalline layers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |