Термодинамический анализ выращивания монокристаллов Fe:ZnSe из паровой фазы

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Монокристаллы Fe:ZnSe являются перспективным материалом для лазеров среднего инфракрасного диапазона (4–5 мкм). В работе представлен термодинамический расчет выращивания из паровой фазы монокристаллов ZnSe, легированных в процессе роста атомами Fe, по модифицированному методу “свободного роста”. Выращивание монокристаллов проводилось из сублиматов бинарных соединений ZnSe и FeSe, помещенных в не связанные между собой отсеки источника. Пары исходных веществ направлялись в зону роста к монокристаллической затравке через калиброванные отверстия. Расчет проводился для физического транспорта в атмосфере гелия. Учитывались три основные стадии процесса выращивания: испарение исходных веществ в отсеках источника, транспорт паров в зону роста и кристаллизация на затравке. При этом предполагалось, что лимитирующей стадией процесса выращивания является массоперенос от источника в зону роста, который контролировался геометрическими размерами и взаимным расположением элементов ростовой ампулы. Экспериментальные данные по концентрации легирующей примеси сравниваются с расчетными значениями. Показано, что представленная методика выращивания позволяет получить монокристаллы объемом до 8 см3 с концентрацией Fe до 5×1018 см–3.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. И. Козловский

Фuзuческий институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: kozlovskiyvi@lebedev.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991

Ю. В. Коростелин

Фuзuческий институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук

Email: kozlovskiyvi@lebedev.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 53, Москва, 119991

References

  1. Fedorov V.V., Mirov S.B., Gallian A., Badikov D.V., Frolov M.P., Korostelin Y.V., Kozlovsky V.I., Landman A.I., Podmar›kov Y.P., Akimov V.A., Voronov A.A. 3.77-5.05-μm Tunable Solid-State Lasers Based on Fe2+-Doped ZnSe Crystals Operating at Low and Room Temperatures // IEEE J. Quantum Electron. 2006. V. 42. № 9–10. P. 907–917. https://doi.org/10.1109/JQE.2006.880119
  2. Frolov M.P., Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I., Skasyrsky Ya.K. Study of a Room Temperature, Monocrystalline Fe:ZnSe Laser, Pumped by a High-Energy, Free-Running Er:YAG Laser // Laser Phys. 2019. V. 29. № 8. Р. 085004. https://doi.org/10.1088/1555-6611/ab2be3
  3. Frolov M.P., Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I., Podmar’kov Yu.P., Skasyrsky Ya.K. High-Energy Thermoelectrically Cooled Fe: ZnSe Laser Tunable over 3.75-4.82 µm // Opt. Lett. 2018. V. 43. № 3. P. 623–626. https://doi.org/10.1364/OL.43.000623
  4. Ndap J.-O., Chattopadhyay K., Adetunji O.O., Zelmon D., Burger A. Thermal Diffusion of Cr2+ in Bulk ZnSe // J. Cryst. Growth. 2002. V. 240. № 1. P. 176–184. https://doi.org/10.1016/S0022-0248(02)00872-2
  5. Котерева Т.В., Иконников В.Б., Гаврищук Е.М., Потапов А.М., Савин Д.В. Применение ИК микроскопии для прецизионного контроля диффузионных профилей распределения примесей железа и хрома в халькогенидах цинка // ЖТФ. 2018. Т. 88. № 7. С. 1110–1115. https://doi.org/10.21883/JTF.2018.07.46189.2572
  6. Тимофеева Н.А., Гаврищук Е.М., Савин Д.В., Родин С.А., Курашкин С.В., Иконников В.Б., Томилова Т.С. Диффузия ионов Fe2+ в CVD-ZnSe при отжиге в различчных атмосферах (Ar, Zn, Se) // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 12. С. 1274–1279. https://doi.org/10.1134/S0002337X19120121
  7. Gavrishuk E., Ikonnikov V., Kotereva T., Savin D., Rodin S., Mozhevitina E., Avetisov R., Zykova M., Avetissov I., Firsov K., Kazantsev S., Kononov I., Yunin P. Growth of High Optical Quality Zinc Chalcogenides Single Crystals Doped by Fe and Cr by the Solid Phase Recrystallization Technique at Barothermal Treatment // J. Cryst. Growth. 2017. V. 468. P. 655–661. https://doi.org/10.1016/J.JCRYSGRO.2016.11.009
  8. Gafarov O., Martinez A., Fedorov V., Mirov S. Enhancement of Cr and Fe Diffusion in ZnSe/S Laser Crystals via Annealing in Vapors of Zn and Hot Isostatic Pressing // Opt. Mater. Express. 2017. V. 7. № 1. P. 25–31. https://doi.org/10.1364/OME.7.000025
  9. Adams J.J., Bibeau C., Page R.H., Krol D.M., Furu L.H., Payne S.A. 4.0–4.5-µm Lasing of Fe:ZnSe Below 180 K, a New Mid-Infrared Laser Material // Opt. Lett. 1999. V. 24. № 23. P. 1720–1722. https://doi.org/10.1364/OL.24.001720
  10. Antonov V.A., Davydov A.A., Firsov K.N., Gavrishchuk E.M., Kononov I.G., Kurashkin S.V., Podlesnykh S.V., Raspopov N.A., Zhavoronkov N.V. Lasing Characteristics of Heavily Doped SingleCrystal Fe:ZnSe // Appl. Phys. B. 2019. V. 125. P. 173. https://doi.org/10.1007/s00340-019-7288-7
  11. Mirov S., Fedorov V., Moskalev I., Martyshkin D. Recent Progress in Transition Metal Doped II-VI Mid-IR Lasers // IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 2007. V. 13. № 3. P. 810–822. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2007.896634
  12. Марков Е.В., Давыдов А.А. Выращивание ориентированных кристаллов CdS из паровой фазы // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1975. Т. 11. № 11. С. 1755–1759.
  13. Avetissov I., Chang K., Zhavoronkov N., Davydov A., Mozhevitina E., Khomyakov A., Kobeleva S., Neustroev S. Nonstoichiometry and Luminescent Properties of ZnSe Crystals Grown from Melt and Vapor // J. Cryst. Growth. 2014. V. 401. P. 686–690. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.01.003
  14. Korostelin Yu.V., Kozlovsky V.I. Vapour Growth of II–VI Solid Solution Single Crystals by Contact-Free Technique // J. Alloys. Compd. 2004. V. 371. № 1–2. P. 25–30. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.07.024
  15. Козловский Ю.В., Коростелин Ю.В. Термодинамический расчет условий выращивания монокриcталлов твердого раствора Zn1–xCdxSe // Неорган. материалы. 1996. Т. 32. № 3. С. 299–304.
  16. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1974. C. 213–214.
  17. https://www.fxyz.ru/справочные_данные/свойства_атомов_веществ/радиусы_атомов_элементов/
  18. Володин В.Н., Требухов С.А., Бурабаева Н.М., Нищенко А.В., Касымжанова А.К. Фазовая диаграмма железо–селен при низком давлении // Комплексное использование минерального сырья. 2016. № 3. C. 53–56.
  19. Mirov S., Moskalev I., Vasilyev S., Smolski V., Fedorov V., Martyshkin D., Peppers J., Mirov M., Dergachev A., Gapontsev V. Frontiers of Mid-IR Lasers Based on Transition Metal Doped Chalcogenides // IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 2018. V. 24. P. 1–29. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2018.2808284
  20. Hartmann H., Mach R., Selle B. Wide gap II–VI compounds as electronic materials // Curr. Top. Mater. Sci. 1982. V. 9. P. 373.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the growth ampoule with equipment and the temperature gradient of the furnace.

Download (346KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Photograph of one of the grown Fe:ZnSe crystals (a) and the transmission spectrum of one of the active elements of the laser made from the grown crystal (b).

Download (240KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the Fe concentration on the growth temperature: measured from the optical absorption spectra (squares) for different crystals and calculated using formula (5) at M = 7.5 and ΔT = 40 K (line).

Download (48KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependences of the Fe concentration in ZnSe crystals on the factor M: experimental data (circles), calculation at tgr = 1210 °C and ∆t = 40 K (line).

Download (46KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».