Отдел роста монокристаллов

Заведующий отделом - к.т.н. Терентьев С.А.

Направления работ

  • Разработка и создание аппаратуры высокого давления и систем управления технологическими процессами синтеза, термобарической обработки и спекания сверхтвердых материалов.
  • Совершенствование технологии получения крупных монокристаллов алмаза со специальными свойствами.
  • Совершенствование технологий получения поликристаллических и гомоэпитаксиальных алмазных пленок методом газофазного осаждения.
  • Совершенствование технологии термобарической обработки сверхтвердых материалов.
  • Изготовление изделий заданной формы из природных и выращенных алмазов.
  • Исследование свойств многослойных алмазных структур.


Главной задачей отдела является синтез крупных монокристаллов алмаза, не имеющих природных аналогов: высокочистых и прецизионно легированных полупроводниковых. Работы проводятся на ростовых установках собственной разработки.

Одним из перспективных направлений деятельности является совершенствование метода получения монокристаллических алмазных пленок синтезом из газовой фазы.



Универсальные ростовые специализированные установки УРС-01/В

Параметры ростовых процессов:

Давление 5 – 7 ГПа Температура 1250 – 1600 °C Время до 300 часов


Монокристаллы алмаза



Высокочистый

Легированный


Изделия из высокочистых монокристаллов алмаза


Свойства высокочистых монокристаллов алмаза:
  • размер до 8 мм;
  • концентрация азота 0,5 – 2,0 ppm;
  • теплопроводность до 2200 Вт/(м·К);
  • диапазон оптической прозрачности от 225 нм до 25 мкм;
  • высокое совершенство кристаллической структуры;
  • низкий уровень люминесценции (отношение интенсивности спектра КРС второго порядка к люминесцентному фону ~ 15 – 30);
  • удельное электрическое сопротивление выше 1012 Ом·см;
  • Твердость не менее 105 ГПа.

Применение:
  • оптические окна для лазеров;
  • датчики ультрафиолетового и ионизирующих излучений, высокоэнергетических частиц;
  • элементы оптоэлектронных приборов;
  • алмазные наковальни для исследования свойств веществ и фазовых переходов при сверхвысоких (до 2,5 Мбар) давлениях;
  • теплоотводы для элементов электроники;
  • иглы сканирующих зондовых микроскопов;
  • подложки для гомоэпитаксиального выращивания монокристаллических алмазных пленок;
  • ювелирные изделия;
  • сопла для гидроабразивной резки.



Чувствительный элемент датчика ультрафиолетового излучения

Шестерни из монокристалла алмаза

Оптическое окно для лазеров


Сопла в сборке с рабочим элементом
из монокристалла алмаза

Наковальни из высокочистых монокристаллов алмаза


Изделия из полупроводниковых монокристаллов алмаза


Свойства полупроводниковых монокристаллов алмаза:
  • размер до 8 мм;
  • энергия ионизации акцептора 0,19-0,37 эВ;
  • удельное электрическое сопротивление 0,1–109 Ом·см;
  • цвет от светло-голубого до черного;
  • содержание бора до 300 ppm.

Применение:
  • высокочувствительные датчики температуры;
  • диоды Шоттки;
  • датчики расхода жидкостей и газов;
  • малоинерционные нагревательные элементы;
  • иглы сканирующих зондовых микроскопов;
  • подложки для гомоэпитаксиального выращивания монокристаллических алмазных пленок;
  • ювелирные изделия;
  • микрохирургические лезвия.



Чувствительные элементы датчиков температуры:

а) Матрица чувствительных элементов датчиков температуры, изготовленная групповым методом из пластины синтетического монокристалла алмаза, легированного бором.

б) Алмазный малоинерционный чувствительный элемент
датчика температуры размерами 0,5х0,5х0,2 мм.


Термобарическая обработка природных кристаллов алмаза


Разработанная в отделе технология термобарической обработки позволяет изменять исходную коричневую окраску некоторых типов природных кристаллов весом до 20 карат на бесцветную, фантазийно-желтую, зеленую, розовую, оранжевую и голубую, улучшая их потребительские свойства.



Влияние термобарической обработки на окраску природных кристаллов алмаза:

а) Цвет до обработки.

б) Цвет после обработки.