Дефекты структуры и оптические аномалии в кристаллах парателлурита и германия

Нульмерные дефекты, несмотря на их малые (нанометровые) размеры могут оказывать значительное суммарное воздействие на ряд физических свойств кристаллов, к числу которых относятся большие механические напряжения (десятки - сотни кгс/мм²), что вследствие эффекта фотоупругости вызывает изменение показателей преломления.

света, повышенному рассеянию, поглощению света и ультразвука в кристалле. Особенно чувствительными к посторонним примесям являются свойства полупроводниковых кристаллов. Повышение концентрации некоторых элементов в германии всего на порядок может вызвать резкое увеличение коэффициента поглощения и практически сделать кристалл непрозрачным. Поэтому концентрации посторонних примесей в кристаллах диэлектриков могут быть намного выше (- IO"¹'...IO'⁷) чем в полупроводниковых и оптических кристаллах (порядка IO'¹⁶...IO'¹⁷). Это требует использования особо чистых исходных веществ и реактивов марок ОСЧ, а также многократно зонно- очищенного сырья [5,27].

Одномерные дефекты в кристаллах - дислокации - при их плотности N_d> IO³... IO⁴см'² приводят к затуханию ультразвука. В работе [28] показано, что значение коэффициента затухания ультразвука в парателлурите может изменяться от 5 дБ/см в объемах с плотностью дислокаций IO²см'² и до 15 дБ/см в объемах с плотностью дислокаций IO⁶см'². Возможные технологические меры, ведущие к снижению плотности дислокаций в выращиваемых кристаллах, это, как и для нульмерных дефектов, использование особо чистого сырья, снижение температурных градиентов в зоне роста, применение минимально возможных скоростей роста. Некоторое снижение плотности дислокаций (на 30...40%) может быть достигнуто в результате длительного (до 100 часов) после ростового отжига готового кристалла в безградиентной камере при температуре (0,8...0,9) T_ibi..Положительный эффект объясняется перегруппировкой (переползанием) дислокаций и их частичной взаимной аннигиляцией.

Двумерные дефекты - границы блоков, малоугловые границы наблюдаются в большинстве полупроводниковых кристаллов. Малоугловые границы (МУТ) в основном ориентированы по направлениям [ТЇ2] или

близким к ним. Значительная часть МУГ имеет прямолинейную форму. В кристаллах парателлурита такого рода дефекты до сих пор не обнаруживались.

К трехмерным дефектам относятся поликристаллические включения, макроскопические включения посторонних примесей и пузырьки (поры, или отрицательные кристаллы).

Крупные включения посторонних примесей связаны с большими отклонениями химического состава исходного сырья для получения кристаллов стехиометрического состава. К образованию пузырьков приводит вынужденное выращивание некоторых кристаллов в газовой атмосфере при давлении -1()^² ...IO²атм. (в воздухе и инертных газах). Газы растворяются в расплаве (растворе) и затем выделяются на фронте кристаллизации. Пузырьки имеют размеры от нескольких мкм до 1...2 мм в диаметре и могут иметь отходящие от них газонаполненные каналы.

Пузырьки приводят к сильным искажениям световых и звуковых волновых фронтов, вызывают повышенное рассеяние и поглощение света и звука. Возможные способы устранения пузырьков - интенсивное перемешивание ростовой среды (раствора или расплава), использование «эффекта грани». Последний заключается в оттеснении пузырьков гладкой гранью с малыми индексами, совпадающей с фронтом кристаллизации. Такими гранями для германия (особыми сингулярными гранями) являются грани {111}, для парателлурита - грани {110} [30-31].

Суммарное действие дефектов всех размерностей может проявляться в искажении оптической индикатрисы кристаллов. Примером такого действия является возникновение аномальной оптической двуосности у оптически одноосных кристаллов. Визуально двуосность может быть выявлена при наблюдении коноскопических световых фигур [5,27]

В кристаллах парателлурита могут возникать особые оптические аномалии - свили.

Поликристаллические включения в германии характеризуются относительно большой протяженностью. Дефекты этого типа подробно исследовались в ряде работ, например [12]. Образующиеся во время роста монокристалла поликристаллические включения представляют собой области с большим числом кристаллитов, ориентация которых отлична от ориентации растущего кристалла. Часто поликристаллы возникают на фронте кристаллизации (точнее, на трехфазной границе расплав-кристалл- окружающая среда) при присоединении к поверхности макрочастиц загрязнений - оксидных пленок, частиц оснастки (графит, керамика), при этом существенную роль играют флюктуации температуры. Второй (основной) причиной появления поликристаллов во время роста является накопление микроскопических искажений кристаллической структуры, вызванных отдельными дислокациями и плоскостными дислокационными дефектами типа линий скольжения и малоугловых границ .

1.3.