Выращивание кристаллов из растворов.

Преимуществом метода является то, что выращивание проводится при значительно более низких температурах. Это позволяет выращивать кристаллы веществ, имеющих очень высокие температуры плавления (алмаз); соединений имеющих при температуре плавления очень высокие давления паров компонентов или плавящихся с разложением; имеющих высокую вязкость расплава (оксид кремния); кристаллы низкотемпературных полиморфных модификаций.

При таких методах растворитель должен удовлетворять следующим требованиям: иметь малое давление собственных паров; не загрязнять выращиваемый кристалл; его атомы в кристалле должны являться нейтральной примесью; снижать температуру кристаллообразования.

Подобрать такой растворитель трудно.

Различают следующие случаи:

1. Растворителем служат вещества не входящие в состав кристалла (вода для хлорида натрия, фторида калия, титаната бария).

2. Растворителем служит один из компонентов выращиваемого кристалла (галлий для фосфида галлия)

 

В первом случае монокристалл содержит в качестве примеси все компоненты раствора. Во втором случае только посторонние примеси.

При кристаллизации процесс роста складывается из следующих стадий: растворение исходных компонентов; диффузия их через жидкую фазу раствора к фронту кристаллизации; осаждение на фронте кристаллизации; рассеяние теплоты кристаллизации.

Если при выращивании монокристалла из расплава лимитирующей стадией является рассеяние теплоты кристаллизации, то при росте из растворасамым медленным процессом является диффузия кристаллизующегося вещества к фронту кристаллизации. По этой причине линейные скорости роста кристаллов из растворов на 2 – 3 порядка меньше чем из расплава и составляют 10^-3 – 10^-2 см/час. Интенсификация массопереноса (например, путем конвекции или электропереноса) ухудшает качество кристалла.

Для малорастворимых исходных компонентов, для увеличения растворимости в раствор добавляют минерализаторы – вещества которые реагируют с кристаллизуемым веществом. Обычно это комплексообразователи, образующие ассоциаты растворенного вещества, отличающиеся от существующих в чистом растворе.

Методы выращивания из растворов различают по способу создания пересыщения:

- испарение растворителя;

- создание перепада температур между источником и затравкой;

- кристаллизацией в электрическом поле;

- зонным плавлением при наличии градиента температуры.

Выращивание из раствора можно проводить и без затравок. В этом случае может образоваться много мелких и дефектных кристаллов.