Особенности дислокационного роста кристаллов при нелинейной кинетике ступеней и морфологическая устойчивость граней тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ШЕКУНОВ Борис Юрьевич

УДК 548.5

ОСОБЕННОСТИ ДИСЛОКАЦИОННОГО РОСТА КРИСТАЛЛОВ ПРИ НЕЛИНЕЙНОЙ КИНЕТИКЕ СТУПЕНЕЙ И МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ГРАНЕЙ

Специальность 01.04.18 - Кристаллография, физика кристаллов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

4

' / • ^' . {у ,-*

А/ ¿х. /„ '/ |

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре физики кристаллов физического факультета Московского государственного университета имени В. Ломоносова.

Научный руководитель: доктор технических наук, главный научный сотрудник Л.Н.РАЛКОВИЧ.

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических неук, ведущий научный сотрудник В.В.ВОРОНКОВ,

доктор химических наук, профессор И.В.ЫЕЛИХОВ.

Ведущая организация: Институт кристаллографии АН СССР им. А.В.Щубникова.

Защита состоится /¿РЯ^/иё- ХЭЭО г. в час.

на заседании специализированного совете X I (К.053.05.19) Отделения физики твердого тела в МГУ по адресу: 119899 ГСП, Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

М

Автореферат разослан , _ _ 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор физико-математических\н ,7 В.А. Бушуев

\ -г?1"

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

4к1Халъность_темы. Возраставшие требования к размерам и оптическому совершенству искусственных монокристаллов сегодня невозможно реализовать без дальнейшего проникновения в механизм процесса кристаллизации. В этой связи In situ методики открывают новые возможности. При исследовании кинетики слоисто-спирального роста кристалла остается важнейшим и практически неисследованным вопрос о том, как связана скорость движения слоев (ступеней) роста и с пересыщением раствора о. Известно, что данная зависимость в простейшем случае линейна. Однако, особенности роста конкретной грани конкретного кристалла (влияние диффузии частиц и условий их присоединения, наличие примесей) отражаются на форме соответствующих кривых. Как следствие, появляются эффекты, характерные для нелинейных систем, например, морфологическая неустойчивость грани. Эти явления характерны практически для всех кристаллов, выращиваемых из низко- и высоко-температурных растворов, и оказывают определящее влияние на совершенство получаемых монокристаллов. Сколько нибудь систематического исследования нелинейных процессов при кристаллизации проведено не было. Поэтому вопрос требует всестороннего изучения.

00мктом_исслезования служили грань призмы кристаллов ди-гидрофосфата аммония и калия (ADP и KDP); различные грани кристаллов нитрата бария (Ва(Ш3)2)и L-аргинин хлорида (LACh). Данные кристаллы находят применение в нелинейной оптике и значительно отличаются с точки зрения процессов кристаллизации, что позволило изучить достаточно 'общие ростовые явления.

Целью работы было исследование нелинейной кинетики кристаллизации и поиск оптимальных условий выращивания кристаллов. Для реализации этого было необходимо изучить поведение зависимостей нормальной и тангенциальной скоростей роста R и v, крутизны дислокационных холмов р и морфологии грани от пересыщения о, температуры Т, концентрации примесей в растворе с±, а такасе гидродинамических условий вблизи растущего кристалла.

Научная новизна результатов. Создана установка на основе интерференционной методики, позволялся одновременно изучать поверхностные процессы во время кристаллизации и пограничный слой раствора. Исследованы причины нелинейной кинетики: объемная

и поверхностная диффузия вещества к ступеням, адсорбция примесей, коагуляция элементарных ступеней в более крунные. Обнаружен ряд ранее неизвестных явлений (образование макроступеней, самоочистка отравленных примесью холмов, колебания скорости роста и некоторые другие), являвдихся следствием нелинейности v(о). Обнаружены и изучены колебания активности дислокационных холмов, приводящие к нестационарности роста грани при постоянных внешних условиях. Проведен анализ полученных данных, предложены ноше модели.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы позволяют выработать конкретные рекомендации по практическому выращиванию кристаллов (выбор оптимальных значений скоростей потока раствора, пересыщения и дислокационной структуры затравок).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Моделирование роста кристаллов" (Рига, 1987); Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва, 1988); Всесоюзных школах по росту кристаллов (Махачкала, 1987 и Ужгород, 1990).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в Ю научных работах.

Стр^ктура_аиссертацки. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 170 страниц печатного текста, в том числе 3 таблицы и 61 рисунок. Список цитированной литературы включает 115 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель и задачи работы, раскрыта структура и дана краткая аннотация ее содержания по главам.

В первой главе описана схема основной экспериментальной установки на основе интерферометров Майкельсона и Маха-Цэндера, позволяющая одновременно исследовать кинетику роста граней, диффузионный и гидродинамический пограничный слой около кристалла (последний визуализировался методом водородных пузырьков). Также описана установка, позволяющая наблюдать макроступени малой высоты (до 40-50 8) на гранях (100) АБР и KDP. Проведен анализ

методов In situ измерений и перспектив их развития.

Во второй главе, на кристаллах АВР и KDP исследованы гидродинамические условия роста, определящие ыассоперенос кристаллизующегося вещества. Показано, как соотносятся между собой внешние условия роста (направление и величина скорости потока и пересыщение раствора), вид зависимостей тангенциальной и(о) и нормальной Д(о) скоростей роста грани и ее морфологическая устойчивость. Основные результаты сводятся к следупцему.

Над тангенциальной к потоку грани кристалла ухе при малых скоростях б см/с происходит отрыв пограничного слоя (рис.1.1). Верхний изгиб интерференционных полос соответствует оторвавшемуся на передаем ребре пограничному слою, нижний изгиб отражает перепад концентрации внутри возвратного поверхностного течения. Увеличение и приводит к периодическому ершу пограничного слоя, размер вихрей уменьшается, а частота срыва увеличивается. (при и= 10 см/с частота срыва составляла с-1). При и>15 см/с на небольшом расстоянии от переднего ребра поток турбулизи-руется и толщина диффузионного слоя становится меньше 10 мкм (лишь у переднего по потоку ребра, где число Рейнольдса мало, его еще можно различить) и поверхностное пересыщение оо становится почти таким ко, как в объеме раствора. На заднем ребре грани закономерности течения раствора те же, но сдвинуты в сторону еще меньших скоростей. Снос раствора с соседних граней влияет на формирование диффузионого слоя.На переднем ребре (рис.1.1) ад всегда меньше, чем над остальной поверхностью, хотя диффузионный слой там тоньше. Это связано с большей (почти на порядок) скоростью роста грани пирамиды: поступающий на призму раствор обеднен. Если скорости роста обеих граней близки (более чистый раствор и (или) большее о), то ов на передаем ребре будет максимально по сравнению с остальной поверхностью.

На нормальной к потоку грани (рисЛ.2) течение раствора устойчиво, но действие краевых эффектов приводит к неравномерной толщине слоя 0 (в центре С ~ и-1). Сказанное не позволяет реально использовать для расчета известные формулы.

Основной величиной, определяющей кинетический режим роста независимо от геометрии потока, является величина нормальной скорости роста (значение этой величины Я' при выходе кривой Я (и) на плато). Скорость потока, необходимая для достижения кинети-

Рис Л. Диффузионный сдой над гранью призмы ADP. Сдвиг интерференционной линии на одну полосу соответствует уменьшению о на 0,003. I- тангенциальное обтекание, и= 7 см/с, о= 0,048; 2-поток перпендикулярен грани, и= 3 см/с, а- 0,036.

Рис.2. Влияние направления потока раствора на морфологию грани призмы АБР. После изменения направления потока прошло менее I мин; и =15 см/с, а=0,02.

ческого режима примерно пропорциональна К'.

Основным фактором, определяющим связь гидродинамических эффектов с кинетикой роста является характер зависимости и (о). Область пересыщений, где функция и (о) нелинейна и имеет большое значение 8v/бa, наиболее опасна для образования макроступеней и включений раствора. Пространственное непостоянство ад, определяемое потоком раствора вдоль граней, а также колебания ад, вызванные не стационарностью пограничного слоя приводят к значительным флуктуациям скорости ступеней в нелинейной области и морфологической неустойчивости граней.

На рис.2 показано, как непостоянство ад влияет на морфологию грани. Вблизи параллельных потоку ребер скорость движения ступеней увеличивается, они изгибаются и у переднего ребра движутся навстречу друг другу (рис.2.1). В результате слияния ступеней у переднего ребра формируется ямка. Второй эффект состоит в том, что у заднего (по потоку) ребра на склоне, где ступени движутся в том же направлении, что и раствор, поверхность теряет устойчивость и образуются макроступени. Опыт показывает, что на месте ямки могут возникать включения раствора. При изменении направления потока на обратное ямки и макроступени меняются местами. По мере роста кристалла они увеличиваются в размерах. Если же периодически менять направление потока на противоположное, то эти дефекты образовываться не успевают.

Влияние скорости и на оз сводится к следующему: I. При низких и<5 см/с естественная конвекция и снос раствора обедненной концентрации с боковых граней выравнивают концентрацию над верхней гранью. 2. В интервале скоростей потока раствора, соответствующем отрыву пограничного слоя, ад неравномерно. Обратные к основному потоку поверхностные течения могут создать макроступени на поверхности всего холма. Проявление гидродинамических эффектов (образование макроступеней и захват включений раствора, искривление фронта ступеней) здесь максимально. 3. Достаточно быстрый срыв слоя и последущая турбулезация течения выравнивав" ад. 4. При высоких и> 1,2 м/с происходит образование включений за счет прилипающих пузырьков и микрокристаллов, нормальная скорость роста Я при этом увеличивается из-за большей крутизны новых дислокационных холмов. Таким образом, можно выделить два интервала скоростей (I и 3) технологически более благоприятных.

В третьей главе проведен анализ проблем, связанных с влиянием примесей на рост. Исследовался механизм действия неконтролируемых примесей и примеси хрома (СгС^.б^О) на морфологии и кинетику роста (грани (100) ADP и KDP). Круг изученных вопросов включал механизм образования макроступеней, особенности кривых i»(о), ñ(o) и р(о), анизотропии у, а также механизма адсорбции примеси. Изучен ряд эффектов, связанных с нелинейностью v(o).

Подтверждены данные о нелинейном характере зависимости скорости ступеней от пересыщения на гранях призмы ADP и KDP: при о= оА и (о) быстро возрастает и выходит на прямую, проходящую через начало координат. Найдены значения кинетических коэффициентов ADP- ßx= 0.5 см/с, KDP- ßx= 0,08 см/с (при Т* 35°С); поверхностной энергии ступени 16,7 эрг/см2 (KDP). Доказано существование истинной мертвой зоны пересыщений o<od<oA.

На рис.3 показаны зависимости, характеризующие влияние о на изменение формы и поворот холма на грани призмы KDP. Величины у, и у2 характеризуют направления min и max скорости движения ступеней. Осиовной результат, следующий из данных рис.3, заключается в отличии значений оА для максимальной и минимальной скоростей (о^2<оА1). Этим сдвигом обусловлено наличие резкого максимума на зависимости у2/у, от о. Различие в оА вызывает резкое увеличение (более 10 раз) эксцентриситета холмов при этом пересыщении. Предложенное объяснение состоит в том, что прорыв ступеней через стопоры начинается сначала там, где меньше свободная поверхностная энергия торцов ступеней и, следовательно, меньше радиус кривизны критического зародыш г . Найденное значение анизотропии е,1/°,2= 1.4+1,5. Определяющая форму холма анизотропия кинетического коэффициента ß проявляется только при о » оЛ, при малых о примесь элиминирует анизотропию ß и на форму холма оказывает влияние анизотропия а, это объясняет изменение формы.

Из рис.3 видно, что для разных направлений -.одного холма глубина минимума р(о) различна: р2 уменьшается во много раз, тогда как р, всего вдвое. В направлении максимальной скорости ступеней для многих холмов р в точке минимума почти равно нулю. Кроме того, для одного и того же направления, но для разных ви-цинальных холмов глубина минимума р(о) может существенно отличаться. Проведенный анализ показал, что глубина минимума р(о) зависит от структуры источника: если at больше характерного для

Р,10' 1

0

VI, 10 с М/С

1

О,!

У

Ул

\

Л

■2

1 I Д, Уг/У1 II \ « « Л

20 Ю 0 -10

10

,-2

2 4 6 б.КГ

Рис.3. Влияние переещения на скорость движения ступеней в направлении минимальной (1^) и максимальной (и2) скорости, отношение этих скоростей (vг/v^) и крутизна склонов р1 и р2. 7- угол между направлением иг и [ООН. Грань призмы КБР.

1мм

[100]

Рис.4. Развитие макроступеней на грани призмы ЮР. о,Ю-2: I- 3,47; 2- 3,91; 3,4- 4,06; 5- 4,21; 6- 4,36; 7- 4,51; 8- 5,11. На фото 3 после установления о прошло 0,5 мин, на 4- 17 мин.

данного холма пересыщения (когда при линейной кинетике р слабо зависит от о), при нелинейной кинетике минимум будет отсутствовать.

В окрестности критического пересыщения оА на поверхности возникают макроступени. На рис.4 тотттн характерные особенности их образования. Развитие макроступеней начинается в направлении максимальной скорости v (рис.4.3). Захваченная макроступенями область имеет форму секторов с вершиной в центре холма. Угол секторов возрастает с ростом а. После установления постоянного пересыщения интенсивность макроступеней сначала возрастает, а потом уменьшается (фото 3 и 4). Если несколько изменить о, то вновь во времени происходит такое не изменение интенсивности макроступеней. Макроступени в основном ориентированы вдоль направления максимальной скорости ("зубцы" интерференционных полос рис.4.4-6), т.е. почти перпендикулярно ориентации элементарных ступеней, существуют также макроступени параллельные элементарным. Крутизна склона меняется по мере продвижения ступеней (фото 4), образуются волны плотности ступеней. С ростом о описанные макроступени исчезают. Описанный процесс является морфологической неустойчивостью вицинали, вызванной действием примесей.

Три основных фактора играют при этом роль: неустойчивость к флуктуациям поверхностной концентрации примеси с1з, неравновесное значение cíg и анизотропия величин v и <»: в нелинейной области к(о) при о=о^ даже незначительные флуктуации здоль поверхности концентрации с±в адсорбированной примеси приводят к значительной флуктуации скорости ступени из-за большой величины производной dv/dcÍB. Вследствие этого, следующие друг за другом ступени могут слиться и создать более высокие ступени. Кроме того, возникающие по причине неравновесной адсорбции временные флуктуации с1в усиливают этот эффект. Резкая анизотропия и, вызванная анизотропией а, приводит к морфологической неустойчивости эшелона ступеней по отношению к вариациям направления движения отдельной ступени. Если менять а, то направление движения элементарных слоев на поверхности, сформированной при предидущем пересыщении не соответствует анизотропии v при новом значении о, это также провоцирует морфологическую неустойчивость.

Неравновесность cíg приводит к тому, что величины оА и od, скорости и и Я вблизи этих критических пересыщений, а также из-

М8Н8НИ8 формы конкретного холма зависит от его крутизны р. Чем больше р, тем меньше время экспозиции растущей поверхности и поэтому больше и и Д, меньше оА и ой.

При добавлении в раствор ионов хрома наблюдается увеличение оА и од, уменьшение р и и. Уменьшение крутизны холма (при любых о) связано не с изменением поверхностной энергии, а с увеличений ем мертвой зоны. При а~ол, р=О и увеличение р начинается только при о>од. С ростом концентрации хрома значения аА и оА сближаются и при концентрации большей ррт они практически совпадают. Интерпретация этих явлений сводится к существованию примесных стопоров на поверхности, отличающихся временем жизни.

В области нелинейности зависимости и (о) наблюдается эффект, связанный с неравновесной адсорбцией примеси на поверхность: гистерезис значений р(о), у(о) и Я(о). Определяющим является гистерезис р(о), так как он является причиной гистерезиса двух других величин.

При пересыщениях немного превышающих оа, происходят колебания р, V и Я, вызванные неустойчивостью режима генерации ступеней источником в этой области. Основными являются осцилляции крутизны склона р. Таким образом, адсорбция примеси в окрестности дислокационного источника (первый виток спирали) играет главную роль.

Обнаружен эффект самоочистки склонов отравленного примесью дислокационного холма, заключающийся в том, что при о>оа начинается движение ступеней на периферии холма вблизи ребра с растущей гранью пирамиды, приводящее к движению соседних, ступеней и т.д. На очищенной от примесей поверхности могут появиться новые холмы, конкурирующие с существующим ранее. Задержка роста грани кристалла определяется временем, необходимым для того, чтобы неотравленная поверхность достигла центра ведущего рост дислокационного холма.

Предполагается, что в растворе КОР на поверхности грани существуют примесные частицы с Сг двух видов, которые соответственно адсорбируются в различных местах: на торцах ступеней и на террасах между ними. Перше имеют большое время жизни и ответственны за образование мертвой зоны пересыщений, вторые действуют при движении ступеней и имеют время жизни, сравнимое с временем экспозиции растущей поверхности «ОД-Ю с, кроме того, они его-

собны мигрировать по поверхности грани.

В четвертой главе проанализирован вопрос о поверхностной диффузии строительных частиц к ступеням и альтернативных механизмах, объясняющий нелинейность. Исследован рост четырех граней: (001), (100), (110), (ОН) кристалла LACh. Подробно исследовался нелинейный характер кривых и (о) на грани (001).

Найдено, что морфология поверхности и кинетика роста кристаллов LACh зависит от вида грани:

а. Для граней переднего пинакоида £100) и имеющего с ним общие ребра диэдра ШО) характерно (в отличие от граней {001) и CO11)) большая (десятки раз) анизотропия скорости у. Вследствие этого, на поверхности обычно существует множество холмов, каждый из которых воспринимается как отдельная ступень. Истинные макроступени возникают на крутых склонах холмов.

б. Грани диэдров отлиются от граней пинакоидов различным типом зависимости тангенциальной скорости движения элементарных ступеней v от пересыщения. В первом случав и (о) аналогичны кривым для граней призмы КВР и АБР. Для граней пинакоидов эти зависимости нелинейны.

Показано, что на грани (001):

При изменении пересыщения наблюдаются постепенное изменение формы дислокационных холмов, что свидетельствует о нелинейном и различном виде зависимостей и (о) для ступеней разной ориентации. При постоянной температуре для ступеней, двигащихся в трех выделенных направлениях (рис.Б, форма холма и направления движения ступеней,- соответствующие кривым показаны на вставке), с ростом пересыщения dv/úa уменьшается. Для ступеней, двигащихся в направлении 4001, зависимость и(о) линейна.

Опыты, проведенные при разных температурах показали, что нелинейность у (о) увеличивается с уменьшением температуры. Найдены также энергия активации кинетического коэффициента ступеней Е <* 12,5 ккал/моль и температурный коэффициент изменения свободной поверхностной энергии ступени <i»/<9!M),25 эрг/см2.град.

Нелинейность v(o) не является следствием возрастания роли процессов объемной или поверхностной диффузии, прямые эксперименты доказывают это. На рис.6 показана поверхность склона холма, полученная резким изменением пересыщения в растворе. Регистрировалась нормальная скорость роста, затем рассчитывалась тан-

Рис.5. Зависимости и (о) на грани (001) LACh при Г = 36,34°С. Цифры у кривых соответствуют направлению движения ступеней.

Рис.6. Последовательные фотографш грани (001) ЬА(Ж при о = 0,022 (Г = 32,Б2°С). Крутые участки сформированы при о = 0,078. и, * Ю~4см/с. Между фото I и 2 прошло 4 мин.

генциалъная скорость крутого и пологого склона I (рис.5), где нелинейность i>(o) наибольшая. Оказалось, что у не зависит от крутизны склона, хотя при использованных о зависимость у(о) нелинейна. Доказательством независимости v от р является такхе равенство скорости перемещения границы между крутым и пологим склоном со скоростью движения интерференционных полос на пологом склоне, хорошо видное из сравнения фотографий на рис.6. Видно, что расстояние между границей и соседней интерференционной полосой на пологом склоне остается постоянным, несмотря на увеличение протяженности пологого склона.

Полученные экспериментальные данные показывают, что кинетический коэффициент движения ступеней зависит от пересыщения. Подобная зависимость может быть связана с тем, что энергия активации Б кинетического коэффициента ступеней зависит от концентрации раствора. Если зависимость апроксимировать выражением: ß ~ еяр{-Е(1 + £a)/RgT}, где 5 - коэф!ицивнт, характеризующий влияние концентрации на энергию активации, Rg - газовая постоянная, то из экспериментальных данных можно найти 0,43, т.е. с увеличением пересыщения на 0,01; Б возрастает на

В пятой главе основное внимание сосредоточено на нестационарных процессах (изменения формы дислокационных холмов и колебания скоростей роста) при постоянных внешних условиях. Анализируется влияние дислокационной структуры источников роста и примесей на ети процессы. Исследовался рост граней (III), (III) и, более подробно, грани (100) кристаллов нитрата бария.

Исследования показали, что грани кристаллов нитрата бария растут по дислокационному механизму. Зависимость у (о) нелинейна, но с ростом о выходит на прямую, проходящую через начало координат. При малых о неконтролируемые примеси тормозят движение ступеней. При больших о действие примесей не существенно, при а том кинетический коэффициент ступеней составляет 4,1 см/с для (100), 2,2 СМ/С ДЛЯ (III) И 1,6 см/с для (III) (при То. 35°С).

Большая величина кинетического коэф1ициента для граней нитрата бария обусловливает трудность достижения кинетического режима роста. Проявляются гидродинамические эффекты: искривление ступеней, образование макроступеней.

Характерной чертой роста граней нитрата бария являются колебания крутизны дислокационных холмов при постоянных внешних

Рис.7. I- Осцилляции крутизны дислокационного холма на грани куба. о= 0,028, Т= 33,97°С;

2- Изображение геликоидальных дислокаций, выходящих на грань куба.

условиях. Особенно сильно это проявляется на гранях куба. На рис.7.I показан один из холмов во время колебаний, скорость роста Я при этом может изменяться в 2-3 раза. Период колебаний обратно пропорционален среднему Й (при К « 5 мм/сут средний период примерно равен 2 мин). Колебания тангенциальной скорости и менее значительны (*15-30$) и происходят в противофазе с колебаниями р и Я.

Колебания крутизны дислокационных холмов и скорости их роста на гранях нитрата бария происходят в результате периодического изменения активности источника. Ренгенотопограммы срезов кристалла показывают, что вероятной причиной является переползание геликоидальных дислокаций в пучке, образующем источник роста (на рис.7.2 показаны, для наглядности, одиночные геликоидальные дислокации). Канал геликоидальной дислокации испытывает периодические смещения от направления роста грани, поэтому изменяется положение точки выхода подобной дислокации на поверхность относительно других дислокаций в пучке и, следовательно, структура

(и активность) источника ступеней. Колебания тангенциальной скорости склона являются следствием колебаний крутизны склона холма - большей или меньшей высотой макроступеней на склоне соответст-вено с большей и меньшей крутизной.

Наличие примесей в растворе способствует образованию макроступеней которые, в свою очередь, изменяют форму холмов и уменьшают тангенциальную скорость склона. С этим связано постепенное изменение анизотропии формы холма при постоянных внешних условиях, выражающееся в том, что после появления нового дислокационного холмика на поверхности грани, его форма трансформируется от круглой в прямоугольную в течении «10 минут.

Осцилляции скоростей роста, образование макроступеней приводят к нестабильности роста грани в целом, захвату включений раствора. Поэтому выбор малодислокационных затравок и тщательная их регенерация являются определяющим фактором для получения совершенных кристаллов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ

В работе создана установка на основе интерферометров Май-кельсона и Маха-Цендера, позволяющая одновременно исследовать кинетику поверхностных процессов и массоперенос в окружающем кристалл растворе. Разработана также аппаратура для наблюдения деталей рельефа высотой ~ 50 8. Основные результаты заключаются в следующем:

I. Изучены условия формирования диффузионного пограничного слоя около граней растущего кристалла и их влияние на рост. Показано, что градиент поверхностного пересыщения приводит к искажению формы элементарных ступеней, образованию каверн и макроступеней, что ведет к захвату включений и нарушению однородности кристаллов. Основным фактором, определяющим влияние гидродинамических условий на эти процессы, является величина производной скорости движения ступеней от пересыщения. Установлено существование интервалов пересыщения и скорости потока раствора, оптимальных для выращивания совершенных кристаллов.

II. Установлено, что выполаживание зависимости тангенциальной скорости ступеней от пересыщения с ростом последнего может быть не связано с влиянием объемных или поверхностных диффузион-

ных процессов, как считалось до настоящей работы. Экспериментально доказано, что при таком виде зависимости скорости ступеней, она может не зависеть от расстояния между ними. Аргументирована гипотеза, объясняющая явление.

III. Показано, что примеси существенно изменяют характер зависимости скорости ступеней от пересыщения. Обнаружен ряд эффектов, связанных с этим: образование макроступеней, гистерезис кинетических кривых, колебания крутизны и скорости роста холмов, самоочистка и конкуренция отравленных примесью холмов. Определяющими процесс факторами являются неравновесная адсорбция примесей не террасах между ступенями и торцах ступеней, флуктуации концентрации адсорбированных примесей, анизотропия свободной поверхностной энергии торцов ступеней и анизотропия скорости ступеней. Для качества кристаллов наиболее опасен интервал пересыщений, в котором производная скорости ступеней от концентрации примесей максимальна.

IV. Обнаружены значительные колебания скорости роста кристаллов при постоянных внешних условиях, связанные с изменением структуры дислокационного источника, содержащего геликоидальные дислокации. Движение точки выхода таких дислокаций на растущей поверхности ведет к периодическому изменению крутизны дислокационных холмов и, следовательно, нормальной скорости роста грани. Изменение крутизны холмов сопровождается образованием макроступеней и изменением тангенциальной скорости роста. Такая нестационарность также приводит к захвату включений раствора и ухудшению внутренней структуры кристалла.

В заключение автор считает приятным долгом выразить глубокую благодарность и признательность своему научному руководителю за прекрасное научное руководство и неоценимую помощь во время работы. Благодарю также член- корреспондента АН СССР, профессора A.A. Чернова за постоянное внимание и полезные советы в работе. Выражаю искреннюю признательность всему коллективу кафедры физики кристаллов за поддержку и благожелательное отношение.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Chernov A.A., Rashtoovlch L.N., Shekunov B.Yu. The crystal growth from aqueous solution. In: Coll. Abatr. Seventh American conferences on crystal growth, 1987, Monterey, CA, USA, p.98.

2. Рашкович Л.Н., Чернов А.А., Шекунов Б.Ю. Гидродинамика и дислокационный рост кристаллов ADP. В сб.: Тезисы докл. II Всесоюзной конференции "Моделирование роста кристаллов", Рига, 1987, с.159.

3. Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю., Кузнецов Ю.Г. Связь гидродинамики раствора с морфологической устойчивостью. Грань призмы ADP. В сб.: Тезисы докл. 7 Всесоюзной конференции по росту кристаллов, Москва, 1988, с.12-14.

4. Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю. Влияние пересыщения на форму дислокационных холмов. Кристалл KDP. В сб.: Тезисы докл. 7 Всесоюзной конференции по росту кристаллов, Москва, 1988, с. 5759.

5. Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю., Войцеховский В.Н., Шведова М.В. Кинетика роста граней тетраэдров нитрата бария. Кристаллография, Т.34, 1989, с.1548-1553.

6. Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю. Гидродинамические эффекты при росте кристаллов ADP и KDP в растворе. I. Кинетика роста. Кристаллография, т.35, 1990, с.160-164.

7. Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю., Кузнецов Ю.Г. Гидродинамические эффекты при росте кристаллов ADP и KDP в растворе. II. Морфологическая устойчивость граней. Кристаллография, т.35, 1990, с.165-169.

8. Eashkovlch L.N., Shekunov B.Yu. Morphology of growing vicinal surface. Prismatic lace ol ADP and. KDP crystals In solutions. J. Crystal Growth, v. 100, 1990, p.133-1U.

9. Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю. Влияние примесей на кинетику роста и морфологию граней призмы кристаллов ADP и KDP. Рост кристаллов, Т.18, М.: Наука, 1990, с.124-139.

10. Евланова Н.Ф., Молдажанова Г.Т.. Пашина З.С., Рашкович Л.Н., Шекунов Б.Ю. Исследование кристаллизации моногидрата L- аргинин хлорида. Кристаллография, т.35, 1990. с.1230-1235.