Свойства и дефекты оптических кристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

J

глябинский ,госу!цяДо.твенный педагогический университет

На правах рукописи

Брызгалов Александр Николаевич

)

Свойства и дефекты оптических кристаллов (кварц, корунд, гранат)

01.04.07 — физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Челябинск - 199^

Работа выполнена в лаборатории Челябинского государственного педагогического университета

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Чувыров А.Н. (проректор по научной работе БГУ, г. Уфа) доктор физико-математических наук, зав. лаб. нелинейной оптики института электрофизики УрО РАН Кундикова Н.Д. (г. Челябинси доктор физико-математических наук, профессор кафедры экспериментальной физики УГТУ Шульгин Б.В. (г. Екатеринбург)

Ведущая организация Физико-технический институт РАН (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится /2 1993г. в на заседаю

специализированного совета Д200.71.01 по присуждению ученой степени до тора наук в Институте физики молекул и кристаллов УНЦ РАН по адрес 450075, г. Уфа, пр. Октября, 147.

Отзывы направлять по адресу: 450075, г. Уфа, пр. Октября, 147, УФМ УНЦ РАН, специализированный совет Д200.71.01.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института физики мол кул н кристаллов Уфимского научного центра Российской Академии наук.

Автореферат разослан «24_-/У_199^г.

Ученый секретарь специализированного ¿?сорёта Д200.71.С кандидат физико-математических наук_Г.С. Ломакин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Научно-технический прогресс немыслим без 13ВИТИЯ таких отраслей науки, как радиоэлектроника, квантовая и ¡линейная оптика, волоконная оптика, вычислительная техника, >торые обязаны применению таких кристаллов, как кварц, рубин, |анат, вольфрамат с их уникальными физическими свойствами, войства реальных кристаллов в значительной степени зависят от с совершенства, определяемого условиями выращивания.

Возросшие потребности в кристаллах способствовали развитию еретических работ. В настоящее время еще нет общепринятой тео-ш роста и формирования реальных кристаллов, поэтому между еретическими работами по росту и практическими результатами э выращиванию кристаллов существует значительный разрыв.

Промышленные кристаллы из растворов получают на протяжен-ых затравках различной формы и основной прирост проходит на гадии регенерации, поэтому физические свойства изделия зависят г механизма регенерации кристаллов, который в настоящее время зучен еще недостаточно.

Значительных успехов в получении кристаллов с заданными изическими свойствами можно добиться только в том случае, если :тановить связь между физическими свойствами кристалла, их суб-груктурой и условиями выращивания. В представленной работе мы опытались установить такую связь для кристаллов, которые нашли рименение в оптике, радиотехнике и квантовой оптике. Работа но-ит практический характер и выполнена в соответствии с поставлен-ыми задачами технологического характера. Исследования проводились лаборатории физического факультета Челябинского государствен-ого педагогического университета по хоздоговорам: с заводом «Кри-галл» /г. Южноуральск/, НИИ ГОИ и ЛИТМО /г. Петербург/, НИИ ФОНОН» /г. Москва/, завод ТТК /г. Куса/.

Цель работы. Систематическое исследование зависимости дефек-ности и свойств рубина, кварца, граната, калийгадолиниевого воль->рамата от условий выращивания. Кристаллы кварца и корунда наши применение в оптике и радиотехнике, рубин, гранат и вольф-амат применяются в квантовой оптике и приборостроении. Работа ыла направлена на совершенствование технологии получения кри-таллов с заданными свойствами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Установлена зависимость оптических свойств и добротности |Т макро и микродефектов кристаллов кварца.

- Определена природа дефектов и их влияние на излучение опти-[ески активных кристаллов рубина, АИГ и КГВ.

- Показано влияние устойчивости поверхности роста на дефектность кристаллов, получаемых из раствора и расплава.

- Установлена связь между макро и микродефектами оптических кристаллов.

Защищаемые положения:

1 Метод гидротермального травления, обладающий высокой чувствительностью к нарушениям структуры оптических кристаллов.

2. Влияние пассивных и медленно растущих граней на совершенство и физические свойства кристаллов: с пассивными гранями связана дефектность кристаллов получаемых из раствора, а выращивание из расплава в направлении медленно растущей грани позволяет получать кристаллы с наиболее совершенной структурой.

3. Влияние механизма захвата, распределения и концентрации активирующей примеси на физические свойства рубина, АИГ и КГВ.

4. Использование добавок-компенсаторов и термической обработки для получения кристаллов с заданными физическими свойствами.

5. Зависимость оптических свойств и добротности кристаллов, получаемых из раствора и расплава, от скорости роста, ее стабильности и кристаллографического направления выращивания.

Практическое значение:

1. Полученные результаты использовались для совершенствования технологии получения кристаллов с заданными физическими свойствами.

2. Материалы исследования могут быть полезными при создании теории формирования реальных кристаллов.

Задачи исследования

1. Зависимость оптических свойств исследуемых кристаллов от их совершенства.

2. Связь добротности кристаллов кварца с дефектностью и резонансной частотой.

3. Влияние дефектности на характеристики лазерного излучения оптически активных кристаллов.

4. Взаимосвязь условий выращивания кристаллов с их совершенством.

Апробация работы. Основное содержание работы отражено в 58 публикациях, на ежегодных Федоровских сессиях с 1965 по 1993 гг., на семинаре кафедры физики твердого тела ЛГПИ /1972/; на семинаре кафедры кристаллографии ЛГИ /1975/; на юбилейной научно-технической сессии 50-летия Ильменского государственного заповедника / г.Миасс,1970/; V Всесоюзном совещании по росту кристаллов /г.Тбилиси, 1977г./; Всесоюзной конференции «Субструктурное упрочнение

[атериалов и дифракционные методы исследования» /г.Киев, 1985/; на еминаре II Всесоюзной школы по физике и химии рыхлых и слоистых ристаллических структур /г.Харьков, 1988/; на семинаре теоретически) отдела ИК АН СССР /г.Москва, 1988/; на научно-техническом еминаре « Получение, свойства и применение дисперсных материа-ов в современной науке и технике» /г.Челябинск,1989,1991 г., Ураль-кая АН СССР/; на семинаре кафедры твердого тела ЧелГУ,/Челя-инск, 1998/; на семинаре кафедры физической химии ЧЮГУ/Челя-инск, 1998/.

Структура и объем работы. Работа состоит из пяти глав, изложена [а 260 страницах, включая 72 рисунка и таблиц, список литературы [з 248 наименований.

Содержание работы.

В первой главе представлены теоретические основы оптических и [ьезоэлектрических свойств диэлектрических кристаллов. Анализируется овременное состояние вопроса о формировании, регенерации и дефектности исследуемых кристаллов.

Оптические свойства Физические свойства и совершенство оптических кристаллов прошляется в процессе их взаимодействия с излучением. Для описания >птических свойств воспользуемся феноменологической теорией с юнстантами: диэлектрической проницаемости е и показателя пре-юмления п, которые являются дисперсными и представляются в

;иде комплексных чисел п _ п> _ и £ _ £/ _ • //.

В прозрачных кристаллах пренебрегают отражением, а уделяется ¡нимание преломлению и поглощению. В диэлектриках при взаимо-1ействии со светом основную роль играет поляризуемость вещества

, связанная с показателем преломления уравнением Клаузиу-:а-Моссоти[1]:

п2 -1 ^ __F

3и2 + 2_ЛГ2Л)' т£0(а)20-со2)-}-1усо '

где Ы- плотность взаимодействующих частиц, р- сила взаимодей-

:твия, я и ш- заряд и масса частиц, О)0 и а) - резонансная и действую-

цая частоты, У - коэффициент диссипации энергии. Для активных кри-:таллов у <0, а для неактивных у >0. О)0 - определяет положение мак-

симума в оптическом спектре, а с величиной у связаны полуширина и высота максимума. Площадь максимума определяет плотность взаимодействующих частиц. На этом основан спектральный анализ кристаллов.

Для поляризованной по оси х волны, распространяющейся в направлении г, имеем уравнение:

-от

т

Ех = Е0е се

Множитель представляет собой волну, проходящую со

С „2

скоростью V г амплитуда р „'"" с ■ Поляризуемость опреде-п

ляется величинами у , о) ,Р.

Колебания в кристаллах кварца. Под действием переменного электрического поля в пьезоэлектрических кристаллах возникают колебания с частотой [2]:

И ¡в 1

п

где - добротность, 5- логарифмический декремент затуха-

о

ния колебания, Ь- порядок гармоники, 1- толщина резонатора. Из формулы следует, что с увеличением подводимой частоты колебания порядок гармоники возрастает. Колебания в кристаллах представляются уравнением: ^ ^

где £ - продольное смещение частиц кристалла, а // - коэффициент внутреннего трения, связанный с дефектами кристалла. Решением этого уравнения будет:

2 к

где /?- коэффициент затухания колебаний, к= ~г~ .

А

Подставив (б) в (а) получим:

М2 2д>2//

где с и V- скорости света в вакууме и в среде.

Из этого следует, что оптические свойства зависят от дефектности кристаллов и частоты излучения, определяемой условиями выращивания.

В представленных в обзоре работах не указана зависимость оптических и пьезоэлектрических свойств от дефектности, связанной с условиями выращивания кристаллов. В работах приведена классификация микродефектов кристаллов деформационного и примесного вида и рассматриваются их оптические характеристики. В других работах представлены макродефекты кристаллов, но не указана связь между дефектами и недостаточно рассматривается их зависимость от условий получения кристаллов, в частности от скорости и кристаллографической ориентировки поверхности роста. Рассмотрены характеристики лазерного излучения кристаллов рубина, указаны возможные дефекты, влияющие на расходимость пучка, но не рассмотрены природа дефектов, их плотность, связь с условиями выращивания и возможностью снижения дефектности. Мало уделяется внимания механизму захвата, распределению и концентрации активирующей примеси, в связи с квантовыми свойствами рубина, АИГ и КГВ. Приводятся результаты влияния ионизирующего излучения и температуры на совершенство кристаллов АИГ и рубина, и указана возможность сопутствующих примесей с целью повышения активности кристаллов, но только на микроуровне. Макро и микродефекты и их влияние на физические свойства рассматривается отдельно, тогда как микродефекты входят в состав макродефектов, поэтому образование и влияние их на свойства кристаллов необходимо рассматривать совместно.

Во второй главе представлен способ гидротермального выращивания кристаллов кварца и корунда, а также методы исследования кристаллов: гидротермального травления и оптической термолюминесценции.

Гидротермально кристаллы выращивают методом температурного перепада, размещая в нижней зоне автоклава шихту, а в верхней- затравки. Представленные кристаллы кварца выращивались в 6% содовом растворе при 320-350 °С и давлении 400-700 атм., а корунда- при 400 °С и давлении 2500-3000 атм. с перепадом ДТ 5-20 "С. При разности температур между зонами, насыщенные кристаллообразующим веществом потоки раствора поступают из зоны растворения в зону роста с более низкой температурой, где избыток кристаллообразующего вещества диффундирует к поверхности кристалла и встраивается в его решетку.

Скорость роста, как одно из необходимых условий получения кристаллов с заданными свойствами, определяется уравнением:

dC о ^

где V - скорость потоков, поступающих из зоны растворения в зону роста, dC/dT- температурный коэффициент растворения шихты, <у -площадь отверстий диафрагмы, S- площадь затравки, р -плотность кристалла, д Т-разнос.ть температур между зонами растворения и роста.

При избытке кристаллообразующего вещества в верхней зоне кристалл растет в кинетическом режиме, а при недостатке- в диффузионном. Скорость потоков раствора зависит от величины и стабильности Д Т. Нарушение стабильности отражается на скорости потоков, описываемых уравнением:

V(t) = V0 + AF(T),

где Уо-стабильная часть скорости, Д V( г )-переменная. Плотность

потоков выражается уравнением р(г,т) = p(z) + A/?(z,r) , где г-направление нормали к поверхности роста.

Решением этого уравнения будет:

1-*0 -У-г

Р^Р0+Р0—7—е > к0

где К0- коэффициент захвата примеси кристаллом, V-скорость роста, D/Z- скорость диффузии примесных атомов в наросшем слое Z. При V<D/Z примесь равномерно распределяется в кристалле, но при понижении температуры часть ее становится избыточной и оттесняется к границам микроячеек. В случае V>D/z равномерного распределения примесей не наблюдается и в кристалле образуются границы зонарности обогащенные примесями, а при V~D/z- микроячеистость. Нами разработан метод определения концентрации примеси по плотности микроячеек. Примесь, захватываемая кристаллом в процессе роста, может быть как гомогенной, т.е. в виде отдельных атомов или простых комплексов Si(OH)4-, так и гетерогенный в виде коллоидных частиц размером 10 810 7 м и сложных комплексов Si(OH)6", Na1+[Si(OH)5"]. Гомогенный захват примеси обычно бывает равновесным и примеси входят в решетку кристалла, при гетерогенном захвате примеси входят неструктурно.

Кристалл сам является чувствительным элементом и отзывается даже на незначительные изменения параметров в процессе выращивания. Нужно было найти метод чувствительный к нарушениям структуры крис-

талла. Таким оказался разработанный нами метод гидротермального травления. Травление происходит в ненасыщенном растворе при высоких Т и Р, селективно, преимущественно на участках с высокой поверхностной энергией или нарушениями химических связей. Вытравливаются дислокации, границы блоков и зонарности, макро- и микроячеистость, дефекты упаковки, дефектные каналы, дефектные границы и т.д..

Для выявления микродефектов использовался метод термолюминесценции, основанный на том, что в результате облучения кристаллов с радиационными центрами окраски происходит перестройка алюмокислородных комплексов [А104/На]4", заключающаяся в том, что при разрыве связей О^а освободившийся электрон захватывается ловушками, размещенными в запрещенной зоне алюмокислород-ного тетраэдра. Образуется электронно-дырочный центр, а кристалл приобретает дымчатую окраску. В оптическом спектре образуются максимумы поглощения при 450-620 нм.

При нагревании кристалла электроны срываются с ловушек, восстанавливается прежняя структура комплекса, а кристалл теряет окраску. Вероятность отрыва электронов с ловушек определяется урав-

2кТт'1

нением Лущика „_,,, акт £~ с , где а>п частотный фак-Р — ' от и

тор, е - энергия активации, Тга- температура максимума в спектре люминисценции, полученном при нагревании облученных кристаллов, 8т - полуширина максимума.

Спектры поглощения снимались на спектрофотометре, а кривые ТСЛ записывались на установке собранной на базе ФЭУ-71 с чувствительностью в области 160-600 нм при непрерывной температурной развертке со скоростью 5 град/мин в вакууме 5-6*10"' Па. Доза облучения 106 Тр.

В третьей главе представлены результаты исследования кристаллов кварца, выращенных на затравках различных по геометрической форме и кристаллографическому направлению.

При выращивании на протяженных затравках кристаллы формируются в две стадии: регенерации и собственного роста, причем основной прирост происходит на стадии регенерации, поэтому свойства кристаллов определяются формированием их на этой стадии. По завершению стадии регенерации согласно закону Гиббса-Кюри кристалл ограняется плоскостями с минимальной поверхностной энергией: ромбоэдров 11-(1011), г-(0111) и призмы ш{1010}, которая относится к пассивным. По закону Бекке каждая грань должна иметь свою пирамиду роста, но в кварце грань

ш формируется за счет других плоскостей: на стадии регенерации в сечении <0001> по плоскостям <+п>-{1120} и <-п> {1120}, а на стадии собственного роста- нарастанием по ромбоэдрам. Но пассивные грани проявляют себя и во внутреннем строении кварца. С ними связаны такие дефекты как пластинчатость и области автономного роста(ОАР).

Для промышленных целей используются пирамиды роста <0001 > и <1120>. На поверхности {0001}затравки уже в начальный период образуются холмики овальной формы, по которым происходит наслоение кристаллообразующего вещества. С нарушением стабильности параметров появляется зонарность при скорости роста 3.5* Ю9 м/с, а с превышением скорости 4.64* 10'9 м/с акцессории увеличиваются по высоте и примесь с поверхности акцессорий оттесняется к их границам и в кристалле формируются ОАР(области автономного роста), границы которых обогащены примесными атомами и дислокациями.

Зависимость субструктуры кристаллов от скорости

выращивания в <0001>.

АУ, м/с 1.5-3.4 3.48-4.64 4.64-0.9

Субструктура Мшсроячеистость Микрояче истость, Зонарность,

Зонарность ОАР

Формирование пирамид <И20> на сингулярной поверхности проходит послойно. Несингулярные поверхности имеют высокую энергию независимо от кристаллографического направления и в контакте с раствором разбиваются на ступени с сингулярными гранками. Если все гранки ступеней активные, то пирамида несингулярной поверхности формируются ОАР, но если одна из гранок пассивная, то наслоением по активным гранкам, пассивная, разрастаясь тангенциально, разбивает наросший слой на пластины с границами, параллельными пассивной грани составляющей наименьший угол 0 с исходной несингулярной поверхностью. Ширина пластин определяется величиной © .

Зависимость ширины пластин от угла 0 .

е" 5 10 15 20 25

Ширина пластин, мм 0.195 0.101 0.082 0.062 0.030

Дисперсия 0.089 0.040 0.031 0.015 0.010

В пирамиде <0001> образуются краевые и винтовые дислока_ции. Краевые дислокации призматические системы скольжения: {1120}, вектор Бюргерса Ь-[1010], линии дислокации Ь-[0001], а винтовые с

-[0001]. Лишняя полуплоскость краевой дислокации параллельна 1120}. Дислокации образуются от макровключений, от входящих уг-¡ов поверхности роста и в областях, где упругие напряжения превы-иают предельное значение. В исследуемых нами кристаллах по грани-1ам ОАР плотность дислокаций достигает 10'-1010 на м2, а вне границ т два порядка ниже. Границы пластин обогащены не только дисло-;ациями, но и примесными атомами и дефектами упаковки.

Оптические свойства кристаллов кварца.

Интенсивность проходящего света определяется уравнением Бу-

•ера-Ламберта

-2<т"~

где коэффициент поглощения

2 от

зависит от частоты излучения и мнимой части коэффи-

диента преломления, определяемого дефектностью кристалла. Рас-:мотрим зависимость I от ® и та!>.

В УФ-области поглощение связано с деформационными дефектами Е/{220-210 им}, обусловленными разрывом связи БьО, а £/{220-240 /ш}-: разрывом О-Н и захватом электрона ионом 51. Е/{165 /ш}, Е/{200 нм)-гакже связаны с разрывом БьО и захватом дырки немостиковым ионом кислорода. В видимой области поглощение связано с примесными центрами- окраски: радиационными и хроматическими. Те и другие образуются при замещении Бг^аМ^+Я", где М(А1, Ре, ве), 11, Н).

Исследуемые кристаллы по скоростям роста были разделены на 4 группы. Результаты представлены в таблице.

Зависимость добротиости и концентрации примеси в кристаллах от скорости выращивания.

Группа кристаллов Скорость роста м/с, *10 "9 Добротность *106 Концентрация примесей ю" %

А1 Ыа20 и2о Общ

I 4.7 -5.6 0.2 -0.8 14.5 2.5 3.5 22

П 2.9 -4.2 2.6-3.2 4.2 2.5 3.2 12

Ш 2.2 -2.7 3.2 -6.2 3.0 2.2 2.1 6.5

IV 1.8 -2.0 6.2 -6.8 1.2 2.0 1.2 4.5

Откуда следует, что концентрация примеси постепенно увеличивается с увеличением скорости роста, а с превышением 4.46*10'9 м/с резко возрастает.

В ИК-спектре кристаллов на общем фоне диффузного рассеяния выявляются четыре максимума: первый- 3590 см1- связан со структурной

С

водой в макропримесях кристаллов, второй- 3440 см-'- с Na-OH, связанным с решеткой кристалла, четвертый и пятый- 3320 см-' и 3210 см '- с комбинационными колебаниями решетки, интенсивность которых не меняется. По мере роста кристалла интенсивность второго максимума увеличивается слабо, а с превышением критической скорости возрастает быстрее, что использовалось нами для определения дефектности крис-таллов.(рис. 1) Концентрация структурной и неструктурной примеси ОН определялась по методике Каца по площади спектра A=2.16*106S, где S- в см2.

При облучении кристаллов дозой 106 Гр появляется третий максимум 3385 см'1, обусловленный пассивными комплексами [АЮ3/ОН]4" Методом TJI установлено, что наряду с пассивными комплексами, появляются активные [АЮ,]3", в видимой области наблюдается поглощение в интервале 450-620 нм, а кристалл приобретает дымчатую окраску. Исходным комплексом для активных и пассивных является [AlO^Na]4". По спектру ТЛ определяли концентрацию активных центров. Наибольшую интенсивность имеют кристаллы третьей группы с максимумами 3.18, 2.79, 1.45 и 0.69 эВ, наименьшую- кристаллы первой и четвертой групп из-за концентрационного тушения у кристаллов первой группы и малой концентрации активных центров четвертой группы. Представлена схема энергетических уровней в зонной модели кристаллов третьей группы.

Зависимость концентрации неструктурной примеси ОН в пирамиде <0001> от скорости выращивания.

Группа 1 II III IV

Концентрация ОН ЧО20 /до облучения/ 4.21 1.4-1.84 1.40 1.12

после облучения Из таблицы следует, что 3.85 концентр 1.3-1.4 щия нест 1.30 pyKTypHOl 1.11 i примеы

ОН в кристаллах резко возрастает при достижении предельной скорости роста 4* Ю"9 м/с. При облучении ионизирующим излучением концентрация примеси снижается вследствие разрушения ионов ОН".

Изменение в концентрации структурной примеси ОН *101! ат/м3 под воздействием ионизирующего излучения дозой 10е Гр.

Пирамида I максимум Ш максимумСАЮз/ОН)4"

до облучения После до облучения после

<1120> 0.43 0.3 0 1.60

<1120> 0.7S 0 0 0.86

<0001> 0.13 0 0 0.06

70

SO

30

T//,

V, мс.'

О 2.32 W 6,96 9,M 'M

Рис L а! Зависимость пропускания света в HK-oöiriciiif >500

см'' I о г скорости роста кристаллов, иырпшснмы.ч: И и усгои-швои рс.кпче, .!} в нечсгончииокг. на «правке иесииг.'чрном

поверхностью.

£-2,73?в

700 НМ

Рис. 2 Спектры люминесценции кристаллов кварца, выращенных с разными скоростями: I- со скоростью (4.7-5.б)*10 9 м/с; II- (2.9-4.2) *10"9 м/с; III- (2.2-2.7) *10 9м/с; IV- (1.8-2.0) ПО'9м/с;

При облучении кристаллов происходит преобразование структурной примеси ОН и встраивание Н+ в пассивные комплексы [АЮ3ОН]4, причем наиболее отчетливо это выражено в <1120>, и менее отчетливо в <0001>.

Для установления зависимости коэффициента преломления от концентрации примеси представлен график пропускания света на частоте 3440 слг' для трех групп кристаллов, выращенных с разными скоростями при различных условиях.(рис. 2). Первая группа выращивалась на затравке среза (0001) при постепенном увеличении скорости роста, вторая- также на затравке (0001) при постепенном увеличении, но с нарушением стабильности скорости. В третьей группе кристаллы выращивались на затравке с отклонением от {0001} на 2°. Во всех случаях с увеличением скорости роста уменьшается пропускание света, причем наиболее заметно для кристаллов первой и второй групп при превышении критической скорости 4.62*10'® м/с. У кристаллов первой группы снижение пропускания проходило с наименьшей интенсивностью, а у третьей- с наибольшей.

Используя уравнение Т=Т0(1-е ^ у), где а - коэффициент пропускания света, и графики, приходим к выводу, что а, убывает с увеличением скорости роста, для кристаллов первой группы медленнее, чем для второй. Выше было показано, что с увеличением скорости роста возрастает концентрация ОН, но поглощение связано и с макродефектами: у кристаллов первой группы имеется слабо выраженная зонар-ность, и только при скорости 5.8*10"9 м/с появляются ОАР, у кристаллов второй группы зонарность выражена резко изначально, а с превышением ~4*10"9 м/с образуются ОАР. У кристаллов третьей группы зонарность и ОАР появляются начиная от поверхности затравки. Макродефекты усиливают поглощение излучения, причем на границах ОАР наблюдается резкое изменение коэффициента преломления п//.

Добротность кристаллов кварца.

Добротность кристалов является одной из основных характеристик кварца и зависит ¿у и ¡л :

рсУ

[ЛСО

Экспериментально установлено, что добротность постепенно снижается, как и пропускание света с увеличением скорости роста и резко уменьшается на порядок с превышением критической скорости. Исследована зависимость добротности от частоты и плотности макродефектов на образцах среза АТ(ух1/+35°19/) стабильного к колебаниям температуры. Исследование проводилось рентгеновским

1етодом Лэнга на работающих резонаторах. Кристаллы сканировать от {2110} при резонансных частотах: 1, 3, 5, 9, 13. Частоты менялись от 5*106 до 6*106 Гц. Использовались две группы кристал-[ов: первая- с дислокациями, вторая- с макровключениями. В том и (ругом случаях с увеличением подводимой частоты электрического юля добротность снижалась от 2.5*105 до 105.

Изменение добротности кристаллов с дефектами от частоты колебаний

С макродефектами плотностью ~104 м*

у, Гц 5042900 5522294 5929310 6305143

<г 253128 126174 14724 10896

ь 1 3 5 9

с дислокациями плотностью 3*10" м'

у, Гц 4999920 5477820 5596100 5884795 6259070

<3 245250 123462 89456 14324 9987

Ь 1 3 5 9 13

Из таблицы следует, что с увеличением частоты уменьшается доб-эотность резонаторов и увеличивается порядок гармоник(Ь).

Выяснено, что с превышением критической скорости роста добротность кристаллов уменьшается на порядок при наличии микро-цефектов. Установлено, что между Т и 0 кристаллов существует связь

д=АТ-в,

где А и В эмпирические постоянные, для исследуемых кристаллов Аи0.08, В«1.9. Кристаллы, выращенные со скоростью ниже критической, при наличии дислокаций или макровключений имеют добротность на порядок ниже по сравнению с кристаллами без макродефектов.

Добротность снижается при облучении кристаллов и достигает максимума при Ю8 Гр, что связано с образованием деформационных дефектов.

Центры [АЮ/№]4" приводят к отрицательному уходу частоты колебаний, а дефекты ^ и Е/ - к положительному уходу.

В четвертой главе приводятся результаты исследования внутреннего строения и закономерностей формирования в зависимости от условий выращивания активных кристаллов(рубин, алюмоиттри-евый гранат/АИГ/, калийгодалиниевый вольфрамат /КГВ/ с добавками активирующей примеси Сг3" и Ш3+), нашедших применение в оптике и лазерной технике в качестве активных элементов генераторов. Кристаллы рубина были получены гидротермальным спосо-

бом на затравках различной геометрической формы и среза, а также из расплава методами ГОИ и Вернейля.

При выращивании кристаллов на протяженных затравках гидротермальным способом, установлено, что они формируются в несколько стадий: регенерации и стационарного роста. По завершению стадии регенерации они ограняются плоскостями {1120}-а, {0001}-с, причем последняя является пассивной. При выращивании на плоских затравках среза {1011}-/-и {2243}-л регенерация кристалла проходит наслоением по этим плоскостям, а грани а и с выступают в роли тормозящих. На грани г постоянно воспроизводятся двугранные ступени с ребром параллельным плоскости а, а на поверхности {2243} воспроизводятся трехгранные ступени.

Наибольший прирост наблюдается на пластинах среза (1010) и на цилиндрической затравке с геометрической осью [1120]. Формирование этих кристаллов проходит в три стадии: сначала нарастают пирамиды <1010>-т и формируются грани г-(1011), а нарастанием <1011> формируются грани сг-{ 1120} и с-{0001}. На поверхности т образуются ступени с гранками г и с, нарастанием по г пирамида т разбивается на пластины с границами, параллельными пассивной грани с. Таким образом, сингулярная поверхность {1010} корунда оказалась неустойчивой, как и несингулярная поверхность. Основные дефекты кристаллов рубина, получаемых из раствора: пластинчатость, дислокации и зонарность, обусловленные неравномерным распределением хрома в кристалле. Исследовались кристаллы корунда и рубина, полученные их расплава способами ГОИ и Вернейля в направлении [1010], [2243], [1011] и [1120] с целью сравнения закономерностей формирования их с кристаллами, выращенными из раствора. Помимо зональности, пластинчатости и дислокаций в кристаллах, получаемых из расплава, встречаются дефекты, связанные с термоупругими напряжениями: блочность, границы скольжения, дислокации и макровключения.

У кристаллов с геометрической осью [1010] обнаруживаются границы зонарности параллельные плоскости {0001} с макроскопическими включениями газа плотностью ~5*104 м~2, которые обусловлены тем, что поверхность имеет ступенчатое строение, связанное с пассивностью грани{0001}, а дислокации и границы блоков обусловленное упругими напряжениями.

Кристаллы, полученные в направлении [2243] нарастают трехгранными ступенями и отличаются значительной плотностью блоков, макровключений и дислокаций. В кристаллах с осью [1011], используемых в приборостроении, плотность макровключений на порядок ниже, чем в кристаллах с осью [1010] и на два порядка, чем

кристаллах с осью (2243]. В объеме кристаллов проявляются поло-ы скольжения по плоскости {1120}, которые частично снимают пругие напряжения и препятствуют образованию блоков.

Наиболее совершенное строение имеют кристаллы выращенные ; направлении [1120], поэтому они нашли применение в лазерной ехнике.

Дефектность кристаллов рубина определяется не только устойчиво-:тью и конфигурацией поверхности роста, определяющими механиз-ш захвата и распределения примеси, но и упругими свойствами ре-цетки. В корунде проявляются две системы скольжения: базисная с 0001}, Ь[ 1120], 1Д1010] и призматическая с {1120}, Ь[1010], Ц0001]. 1ри образовании дислокаций и границ блоков реализуется та из сис--ем, линия дислокации которой составляет наименьший угол с набавлением градиента температуры. Направление [1120] составляет углы ю 90° с линиями дислокаций указанных систем скольжения. Поэтому ши имеют наименьшую плотность границ блоков и дислокаций, и относятся к медленнорастущим плоскостям с устойчивой поверхностью роста. В этом проявляется симметрийно-термодинамический фактор при формировании дефектов кристаллов, получаемых из расплава. Большое значение имеет и распределение в объеме кристаллов активной примеси. В кристаллах с осью [1010] границы зонарности проходят параллельно пассивной плоскости {0001}, в кристаллах с осью [1011] границы проходят параллельно боковой цилиндрической поверхности, а с осью [1120] границы располагаются параллельно плоскости (0001}, причем прямолинейные границы блоков совпадают по направлению с оптической осью [0001]. Но в центре кристалла с осью [1120]мо-гут образоваться и криволинейные границы блоков, под действием высоких напряжений, тогда как у кристаллов с осью [2243] границы блоков криволинейны и распределяются по всему объему.

Оптические свойства кристаллов рубина определяются интенсивностью излучения квантового генератора, однородностью, расходимостью и поляризуемостью. Эти качества определяются не только концентрацией активирующей примеси, но и ее распределением в объеме и дефектностью кристалла. Для проверки картины излучения нами использовался метод опорного пучка, который заключается в том, что лазерный пучок пропускается через исследуемый кристалл вдоль его геометрической оси, а структура пучка исследуется непосредственно за торцом кристалла (ближнее поле) и в фокальной плоскости длиннофокусной линзы (дальнее поле) при условии хЛ = Ы2 > гДе Диа~ метр пучка, х- расстояние до фокальной плоскости. Результаты исследования расходимости пучка сводятся к следующему.

Зависимость расходимости лазерного излучения от дефектности и кристаллографической ориентировки кристаллов рубина.

Вид расходимости Причины расходимости Кристаллы с осью

Линзовая симметричная Равномерное увеличение концентрации хрома в осевом и радиальном направлениях 11120], [10.11]

Линзовая несимметричная Искажение в симметричном распределении хрома в радиальном направлении и включения макрочастиц [1010]

Распад центрального пучка на отдельные области с деполяризацией Крупноблочная структура с разворотом блоков относительно оптической оси [2243]

Дефракциокнотеневая картина с ыалоугловой расходимостью Дифракция на границах блоков, полос скольжения и зонарности плотностью ~10*м-' [1120], [1011]

Болыпсугловое рассеяние с образованием лучей с полосчатой структурой Дифракция на границах зонарности, полос скольжения и блоков штотностыо 105-106 м' [П20], [1011]

С целью снижения дефектности, влияющей на оптические свойства, проведено внедрение сопутствующих примесей, в частности титана, в процессе выращивания.

Экспериментально установлено, что по мере роста в кристалле увеличивается плотность границ блоков. Но в рубине легированном титаном при концентрации 0.002-0.003 вес. %, увеличения плотности блоков практически не наблюдается. Плотность границ блоков зависит и от разности потоков кислорода А О — Оц — Ос, поступающих к пламени по центральному(Оц) и среднему(Ос) каналам трехканальной горелки. В присутствии титана блочность распределяется более равномерно независимо от изменения Д О.(рис. 3) Это можно связать с тем, что в присутствии соединений титана возрастает вязкость расплава на поверхности растущего кристалла, толщина слоя расплава возрастает в 1.5-2 раза, увеличивается краевой угол и наблюдается более полное растворение оксида хрома в расплаве. В работе предложен механизм взаимодействия титана с оксидами хрома и алюминия. В основу положено образование в расплаве хромтитановых комплексов Сг203+Сг2Т1207, с возникновением которых снижается температура плавления оксида хрома, что способствует более равномерному распределению примеси хрома в рубине и снижению упругих напряжений.

В некоторых кристаллах обнаруживается полоса поглощения 315 им. Такие кристаллы после облучения ионизирующим излучением или в результате длительной работы в ОКГ приобретают оранжевую окраску, у них возрастает порог генерации, снижается мощность излучения ОКГ на 15-20 %. Полоса исчезает при отжиге кристалла в вакууме или в печи с графитовым нагревателем. Не образуется полос и при выращивании кристаллов с добавками ионов титана, ванадия. Это связано с изменением валентности ионов хрома при избыточном содержании кислорода. При облучении ионизирующим излучением происходит генерация элекгронно-дырочных пар по реакции ()2~ 4. ^ у_> е~ + ¡¡, что приводит к образованию неактивных ионов Сг4+, Сг2^ по реакции Сг3++Ь->Сг4+ и Сг3++е->Сг2+. Для устранения этого в кристаллы в процессе выращивания вводят ионы-компенсаторы, которые можно разделить по структуре на три группы: к первой относятся атомы с конфигурацией электронной оболочки Зс14ёЗс17/Мп,Ре,Со,№/, которые вводят в кристалл в окислительной среде, ко второй относят атомы с оболочкой 3(12 / У,Т1 /, они входят в кристалл в восстановительной среде, тогда как ионы Сг3+ с оболочкой 3<13 входят при выращивании в той и другой средах.

Потенциалы ионизации Сг3+~0.51 эВ, У3+~0.48 эВ и ТР+~0.43 эВ, а состояния ТЮ2 и У02 более устойчивы, чем ТЦ03 и У203, поэтому захват дырки ионами ТР+ и У3+ будет происходит с большей вероятностью, чем с ионами хрома.

При введении указанных примесей восстанавливается активность ОКГ. В работе представлены результаты положительного влияния примеси титана на однородность распределения интенсивности лазерного излучения. С этой целью использовался метод опорного пучка при косвенном характере распределения интенсивности излучения для кристаллов рубина с оптической осью [1120].

Экспериментально показано, что кристаллы рубина, для выращивания которых использовалась шихта а А1203 со структурой корунда с примесью титана дают наиболее однородное распределение интенсивности излучения, т.к. они имеют минимальную плотность блоков и макровключений, на которых происходит рассеяние и поглощение энергии.(рис. 4)

Исследовались кристаллы У3 хШхА15012, выращенные способом Чох-ральского и направленной кристаллизации. У кристаллов, выращенных способом Чохральского в направлении [110], выявлялась зависимость совершенства от скорости выращивания(У). При скорости вращения 0.4 об/с с выпуклым фронтом роста и V (1.2-2.4)*10 !1 м/с и концентрацией примеси неодима 1 ат. %, кристаллы имели цилиндрическую форму с конусовидной головкой, причем угол при вершине уменьшается с возрастанием ско-

рости роста при увеличении осевого градиента температуры. На вершине головки образуются грани, а в продольном срезе кристалла вдоль его оси распространяется «стержень» с поперечными бороздами.

В поперечном сечении методом травления в центральной области выявляется сектор <110> с примыкающими к нему секторами и границами зонарности плотностью 3*105 л г1. В периферийной области границы зо-нарности проходят параллельно боковой цилиндрической поверхности кристалла. В переходной области от центральной к периферийной границы зонарности искривлены и образуется блочность с макровключениями. У кристаллов выращенных с большей скоростью сокращается центральная область и увеличивается промежуточная. В периферийной области обнаруживаются скопления дислокаций и полосы скольжения плотностью 5.6* 105 м '. Наиболее совершенными оказались кристаллы выращенные в направлении медленно растущей грани [110] с уплощенным фронтом роста, что достигается снижением осевого градиента температуры и увеличением скорости вращения кристалла до 1.2 об/с.

Кристаллы, полученные способом направленной кристаллизации, исследовались с целью выяснения зависимости дефектности кристаллов от концентрации неодима. Методом радиолюминесценции установлено, что интенсивность излучения кристаллов растет с повышением концентрации примеси неодима до 0.7 am. %, а с превышением указанной концентрации падает.

Методом травления установлено, что в отличие от рассмотренных выше кристаллов, у граната, выращенного способом направленной кристаллизации, выявляется не зонарное, а ячеистое распределение примеси, причем, с увеличением концентрации примеси возрастает плотность ячеек. Дальнейшее увеличение концентрации примеси сопровождается пластинчатыми выделениями и сферическими образованиями, что связано с распадом пересыщенного твердого раствора.

Концентрация примесей в кристаллах АИГ определялась оптическим и магнитным методами. Измерение магнитной восприимчивости в зависимости от концентрации неодима проводилась методом Фарадея с использованием уравнения Ланжевена:

_ лу

Х ЪкТ '

где Ах - изменение магнитной восприимчивости при последовательном замещении Y3+aNd3+ в Y3 xNdxAl5012, N-количество атомов примеси в 1 г вещества, [Л - магнитная проницаемость. Экспериментально установлено, что матрица АИГ диамагнитная с восприимчивостью ~0.25*10"9 м3/кг при 300 К. В качестве эталона использовался кристалл с концентрацией примеси неодима ~0.22*10"9 м3/кг.

ffcrrrjС;

>> ц 6 & 10 ем -МО -400 -50 О 50 100 150 Рис. 3. Распределение блочности(а): в направлении геометрической оси

роста кристаллов рубина: I- с примесью титана; II- Без примеси титана;

б) в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала:

1-е примесью титана; II- без примеси титана.

<0? $1м*) S 106 5

?

9 Т

fl

?

г i

fl-IQO 75 ■50 25

iolo Ш ШО ят

Рис. l¡ Зависимость коэффициента блочности(А) и плотности макровключений(р) от кристаллографического направления выращивания кристаллов рубина.

Кристаллы АИГ имеют диамагнитную восприимчивость, а ионы Ыс13+ - парамагнетики, поэтому с увеличением концентрации Ис!3* диамагнитная составляющая восприимчивости кристалла снижается и с превышением критического значения концентрации примеси ~0.7 неодима знак магнитной восприимчивости меняется.

Зависимость магнитной восприимчивости кристаллов АИГ от концентрации примеси неодима.

№ •КУ*см*/г А* Магнитный метод конц-ция в ат. % Оптический метод конц-ция в ат.% Разница концентраций, ъат.%

1 -0.26 0 0 0

2 -0.22 0.20 0.20 0

3 -0.19 0.35 0.32 0.03

4 -0.18 0.65 0.38 0.27

5 -0.07 0.95 0.56 0.39

6 -0.48-+0.013 1.23 0.78 0.45

7 +0.49 3.79 3.00 0.79

С приближением к 0.7 ат. %, помимо диамагнитной составляющей восприимчивости проявляется и парамагнитная составляющая, связанная с включением Ис1203 и алюмината иттрия, что определяет снижение интенсивности в спектре люминесценции.

Более высокое значение концентрации неодима, полученное магнитным методом, объясняется тем, что оптический метод дает только количество примеси, входящей в решетку кристалла, а магнитный метод - общую концентрацию примеси.

Для практических целей из кристаллов АИГ, полученных способом Чохральского, используются только участки с зонарным распределением примеси, т.е. центральная и периферийная области.

Кристаллы АИГ, полученные способом направленной кристаллизации, имеют низкую интенсивность излучения по сравнению с кристаллами АИГ, полученными способом Чохральского, что связано с ячеистым распределением примеси неодима с предельной концентрации примеси 0.7 ат.%.

Исследовались кристаллы КГБ, составляющие концентрационный ряд КС<3, х(\У04)^<Зх, в котором, согласно теоретическим представлениям, концентрации неодима может меняться от 0 до 1. Но исследования показали, что существует предельная концентрация примеси, с превышением которой снижаются квантовые свойства КГБ. Кристаллы выращивались раствор-расплавным методом с V ~6.4*10~9 м/с при скорости вращении 0.7 об/с.

Поглощение света кристаллами КГБ исследовались при помощи спектрофотометра СФ-26 с точностью до 1 %. В видимой области на-

ПО S/9

sso

SSO "M

410 SlO SSO SSO

Pro. 5 Зашхшшяь у -люлшисцешщв нршяаяиов АИГ, Ешу^аных способом Ешраш»н1юа чизстаааЕйЩЯН, от

пна^апращш прскгса ЕЙОДЕНЗ.

блюдался максимум поглощения на волне 592 нм, а минимум при 647 нм с показателем преломления 2.0. Максимальное значение поглощения определялось про формуле

2 п

Гтах " и2 + Г

Коэффициент пропускания определялся по уравнению

1

1

п2+1 2 п

где Ь- толщина образца. Определена зависимость значения от концентрации неодима в образцах среза (010) и магнитной восприимчивости: Зависимость коэффициента пропускания излучения от концентрации примеси неодима.

Концентрация неодима, в ат.% 2 3 6 6.5 7 8

Значение р для 592 им ( (1 с " ) 3.61 7.10 7.12 7.51 8.28 10.02

Зависимость магнитной восприимчивости кристаллов КГВ от концентрации примеси неодима.

Концентрация ЫД^/отический метод/ 0 2 3 4 5 7 10

Магнитная восприимчивость* 10'41 м'/кг 42.3 41.7 41.5 40.7 40.1 39.0 39.2

Ионы Сс13+ и N(.1^ относятся к парамагнетикам, но магнитная восприимчивость ионов неодима ниже чем у гадолиния, поэтому, с увеличением концентрации ионов неодима магнитная восприимчивость кристаллов КГВ снижается, но, начиная с концентрации 7 ат. %, восприимчивость практически не изменяется. Исследованиями методами гидротермального травления и Фудживара установлено, что в кристаллах КГВ с концентрацией примеси неодима ~0.7% резко возрастает дефектность: плотность дислокаций и макровключений возрастает от 10 до 107 , образуются дефектные каналы, границы блоков и упругие напряжения, на которых происходит рассеивание и поглощение энергии.

Таким образом для кристаллов КГВ концентрация примеси неодима 7 ат.% является предельной, а для кристаллов АИГ, полученных способом направленной кристаллизации, предельная концентрация примеси неодима составляет 0.7 ат.% .

В пятой главе рассматривается ряд проблем, с которыми связаны дефекты и свойства кристаллов.

1. С устойчивостью поверхности роста связаны многие дефекты кристаллов, получаемых из раствора, которая обусловлена ее поверхностной энергией и кристаллографической ориентировкой

а(р)А = сг(р)Вл]\ + р2 , где В-проекция грани А на направление оси х, р- параметр отклонения несингулярной поверхности от сингулярной.

с?(У да

ск2 дх,

Поверхность будет устойчивой при > О И —~ < 0, кривая А, оп-

¿V Л

ределяющая поверхностную энергию- вогнутая, а при , < 0 поверх-

ас

ность теряет устойчивость и в контакте со средой распадается на ступени с сингулярными гранями. Это первый этап понижения энергии.

Если все грани ступеней активны, то пирамида несингулярной поверхности распадается на ОАР. В том случае, когда одна из гранок пассивна, пирамида разбивается на пластины, границы которых параллельны пассивной грани. В этом заключается эффект пассивных граней, который проявляется у кристаллов, получаемых из раствора.

С «эффектом грани» связано и формирование кристаллов из расплава. Согласно критерию Джексона, определяющим, при формировании кри-

АН

сталлов является значение щ, , где ДН теплота фазового перехода, Т0-температура плавления. У кристаллов получаемых из газовой фазы и из

АН

раствора при ^ > 20 хорошо выражены гранные формы роста, для

АН

металлов ^ — 2 ) 0ни имеют овальную форму. Для корунда и граната

АН

^ л 4 — 5 > поэтому в их структуре и внешней форме проявляются

элементы гранных форм .

В работе показано, что наиболее совершенными являются кристаллы АИГ, выращенные способом Чохральского в направлении медленнорастущей грани {110} при вращении со скоростью 1.2 об/с с плоским фронтом роста. В этом случае, согласно закону Бекке, кристалл формируется одной пирамидой медленнорастущей сингулярной грани (110).

2. Дислокации и границы блоков частично наследуются от затравок, а частично размножаются и зарождаются в процессе роста кристаллов.

Плотность дислокации подчиняется симметрийно-термодинами-ческому принципу: _

р = -ЧТа ,

где V Т- градиент температуры, а - тензор дисторсии /деформации/, связанный с анизотропией упругих свойств кристаллов. С наибольшей вероятностью наследуются и развиваются те из дислокаций

и границ блоков, вектор линий дислокации £ .которых близок по

направлению к вектору градиента V Т.

Готовые дислокации могут размножаться в кристаллах корунда двумя механизмами: Франка-Рида и Гилмана-Джонстона. Первый основан на делении дислокаций, имеющих форму петель, которые часто встречаются в плоскости (0001).Критическое напряжение для дислокаций в корунде

2 вЬ . Н

где в- модуль упругости 4*109 Н/м2, Ь=8*10"10 м -вектор Бюргер-са, 1-длина элемента дуги.

Механизм Гилмана-Джонстона основан на размножении линейных дислокаций путём их пересечения при перемещении из одной кристаллографической плоскости в другую. Критическое напряжение в этом случае составляет

вь 4 н_

Ш м2 '

где Ь- порог, образующийся при пересечении дислокаций. В корунде реализуются оба механизма.

3. Основываясь на молекулярном механизме роста и дефектности кристаллов, удалось получить ответ на ряд вопросов, связанных с формированием кварца. Высокотемпературные кристаллы кварца составлены симметричными кремнийкислородными тетраэдрами, а низкотемпературные- искажёнными тетраэдрами 8Ю4.

В тетраэдрах высокотемпературного кварца ион кремния связан с четырьмя ионами кислорода одиночными связями обменного характера. Тетраэдры отличаются одинаковой длиной связей и равными углами между ними.

Используя результаты исследования низкотемпературного кварца рентге-носпектральным методом,приходам к выводу ,что у ионов кремния в образовании связей с ионами кислорода, помимо р-связей, участвуют и d-орбитали. В таком случае ион кремния в тетраэдре связан с четырьмя ионами кислорода, но с двумя из них одиночными связями, с другими двумя - двойными ,что и приводит к искажению тетраэдра, а потому в тетраэдре низкотемпературного кварца ион кремния смешён к одному из рёбер, на котором образуется положительный заряд, а на противоположной стороне- отрицательный. Методом связывающих орбиталей, нами был определён избыточный заряд изначального пьезоэффекга ~0.13 Кл/м2. Если учесть, что в гидротермальном растворе преобладают отрицательно заряженные ионы, то становится объяснимым, что скорость нарастания по грани (1120) с положительным избыточным зарядом в 1.5-2 раза выше, чем по (1120) с отрицательным зарядом.

Представлен и механизм пассивности грани (1010), с котором связаны многие дефекты кварца, а также молекулярная структура некоторых дефектов кварца: дислокаций, дефектов упаковки, двойников, дефектных поверхностей.

Выводы. Установлено, что оптические свойства и добротность кристаллов кварца, интенсивность, однородность и расходимость лазерного пучка активных кристаллов, зависят от их макро и микродефектов, возникающих в процессе выращивания. Большинство дефектов обусловлено следующими факторами:

1. Неустойчивостью поверхности роста, которая заключается в том, что несингулярные грани, имеющие высокую поверхностную энергию, теряют устойчивость в начальный период роста, а для сингулярных поверхностей существует предельная скорость, с превышением которой они теряют устойчивость, и на растущей поверхности образуются ступени, что приводит к возрастанию захвата примеси и увеличению плотности макродефектов. К неустойчивым поверхностям в кварце относятся (0001)-с и (1120)- п, в корунде (2243)-п, (1010)- ш, (1011)- г.

2. Проявлением эффекта пассивных и медленнорастущих граней, который сводится к следующему: если все гранки ступеней активные, то пирамида роста неустойчивой поверхности формируется автономными областями. Когда одна из гранок будет пассивной, то в наросшей пирамиде проявляется пластинчатость с границами, параллельными пассивной грани. К пассивным граням в кварце относятся (1010)-т, в корунде (0001). Границы пластин обогащены примесными атомами, макровключениями и дефектами упаковки. Выращиванием в направлении медленно растущей грани с плоским фронтом роста путем подбора градиентов температуры и скорости вращения удается получить кристаллы с наиболее совершенной структурой. Это грани (1011) и (0111) кварца, (1120) и (1011) корунда, (110) граната, (010) КГВ.

3. Симметрийно-термодинамическим фактором, который связан с тем, что в каждом кристалле имеются плоскости скольжения. В случае, когда градиент температуры совпадает с плоскостью скольжения или составляет с ней незначительный угол, в кристаллах, получаемых из расплава, образуются дислокации, полосы скольжения и границы блоков, а на поверхности роста образуются ступени во входящие углы которых попадают, а затем "захлопываются", макровключения. В кристаллах корунда к таким направлениям относятся [2243], [1010], [1011].

4. С эффектом захвата и распределения активирующей примеси в объеме кристаллов связаны оптические свойства. Кристаллы с зонар-ным распределением примеси отличаются более высокими оптическими качествами, чем с ячеистым. Существует предельная концентрация, с превышением которой зонарное распределение примеси переходит в ячеистое. Для кристаллов ЛИГ, полученных способом Чохральского, предельная концентрация неодима составляет ~1 ат. %, полученных способом направленной кристаллизации- 0.7 ат.%, для КГВ, выращенных раствор-расплавным способом ~7 ат.%.

5. В работе показаны и отработаны способы совершенствования кристаллов в процессе выращивания путем добавки примеси-активатора, для рубина- это примеси титана в необходимой пропорции, а в послеростовой период дефектность можно снизить путем термической обработки. В кристаллах рубина в этом случае болыиеугловые границы с высокой объемной энергией распадаются на малоугловые, а затем- на отдельные дислокации.

6. В работе на примере кварца представлен молекулярный механизм роста и образования дефектов, рассматривается механизм пассивности грани (1010), с которой связана значительная часть дефектов.

7. Разработан новый метод, чувствительный к неоднородностям кристаллов- гидротермальное травление.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Кашкуров К.Ф. и др. Структура кристаллов кварца, выявляемая травлением в автоклаве. //Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, 1968, т.4, №3, с.362.

2. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. и др. Некоторые особенности структуры природных кристаллов кварца // В кн. Вопросы оптики и молекулярной спектроскопии. Челябинск, 1968, с. 79-81.

3. Брызгалов А.Н. Некоторые закономерности внутреннего строения и роста кристаллов кварца. Автореф. канд. дисс., Свердловск, УрГУ, 1969, 22 с.

4. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., О пирамидах нарастания граней гексагональной призмы кристаллов кварца. // Зап. Всес. минер, об-ва., 1970, ч.99, вып. 1, с.106-109.

5. Черный Л.Н., Брызгалов А.Н., Клещев Г.В. и др. Рост кристаллов кварца на сферической затравке. //Минер, сб. Львовского ун-та, 1970, вып.2, №4, с.151-154

6. Брызгалов А.Н., Черный JI.H., Кузнецов А. Ф. и др., О возможном механизме образования пирамид нарастания пинакоида искусственных кристаллов кварца. //Зап. Всес. минер, об-ва, 1971, ч.ЮО, вып.1, с.100-106.

7. Скобелева JI.B, Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. и др. Пассивные грани и дефектные поверхности кристаллов кварца. //ДАН СССР. 1971, т.190, №2, с.327-336.

8. Клешев Г.В., Брызгалов А.Н., Черный JI.H. Зависимость внутренней морфологии искусственных кристалов кварца от ориентировки затравочных пластин. //Зап. Всес. минер, об-ва, Л., Наука, 1972, ч.Ю1, вып.4, с.359-365

9. Брызгалов А.Н., Скобелева Л.В., Клещев Г.В. и др. О формировании сектора нарастания пинакоида искусственных кристаллов кварца. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1972, вып.З, с.79-85

10. Брызгалов А.Н., Гаврилко В.М, Клещев Г.В. и др. О взаимосвязи между структурой, пропусканием света и температурой фазового перехода искусственных кристаллов кварца. //Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, М., 1970,т.6, вып.7, с.1281-1284.

11. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Черный Л.Н. и др. Некоторые закономерности формирования искусственных кристаллов кварца. // В кн. Рост кристаллов, М., Наука, 1974, т. 10, с.158-164.

12 Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. Зависимость строения искусственных кристаллов кварца от условий выращивания. //Сб. Рост кристаллов, М., Наука, 1974. Т.10, с.143-157.

13. Клещев В.Г., Скобелева Л.В., Брызгалов А.Н. О проблеме Н. Стенона. // Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1973, вып.4, с.85-90.

14. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. и др. О зональности искусственных кристаллов кварца. //Зап. Всес. Минер, об-ва , 1973, 4.102, вып.8, с.681-685.

15. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Асхабов A.M. и др. Формирование природных кристаллов кварца. // В кн. Региональная минералогия и генезис минералов. Сывтывкар, 1975, с.13-24.

16. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Скобелева Л.В. и др. Пластинчатое строение кристаллов. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1974, вып.5, с.68-79

17. Клещев Г.В., Скобелева Л.В., Брызгалов А.Н. Строение и дефекты кристаллов кварца. //Минер, сб. Львовского ун-та, 1974, №28, вып.4. с.79-85.

18. Клещев Г .В., Скобелева Л.В., Брызгалов А.Н. и др. Молекулярный механизм роста р -кварца и их дефекты. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1973, в.4, с.91-98

19. Асхабов A.M., Мамаев H.A., Скобелева Л.В., Брызгалов А.Н. Регенерация головок природного кварца. //Сб. Ин-та геологии Коми филиала СССР, Сыктывкар, 1975, с. 118-123

20. Скобелева Л.В., Мамаев H.A., Брызгалов А.Н. и др. Дефекты роста кристаллов, обусловленные пассивностью граней. // Выращивание кристаллов и их структура. V Всесоюзное совещ. по росту кристаллов 16-19 сенг. Тезисы доклада.-Тбилиси, 1977, т.2, с.292

21. Брызгалов А.Н. Проявление "Эффекта пассивных граней" кварца и корунда. //Сб. Субструктурное упрочнение металлов и дифракционные методы исследования. Материалы конференции, Киев. Наукова Думка, 1985, с.220-221

22 Брызгалов А.Н.. Мусатов В.В, Халилов Л.М. Направленное дефектообра-зование. //Сб. II Всесоюзная школа по физики и химии рыхлых и слоистых кристаллических структур. Харьков, ХПИ. 1988, с.141-142.

23. Брызгалов А.Н., Мусатов B.B. Управление дефектностью кристаллов кварца. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, 1988, с.48.

24. Брызгалов А.Н, Мусатов В.В, Халилов JI.M. Получение кристаллов кварца с каналами. // Сб. Физика кристаллизации, КГУ 1990, с.11-16

25. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Получение кристаллов кварца сложной формы. //Сб. Физика кристаллизации. КГУ, 1992, с.72-77

26. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Буторин П.П. О природе Y-образных дефектов оптической однородности искусственных кристаллов кварца. // Зап. Вссс. минер, об-ва, 1973, с.2, 4.102

27. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Исследование секторов <0001> и <1120> искусственных кристаллов кварца. //Сб. Физика кристаллизации, Тверь, ТГУ, 1994, с.92-97

28. Брызгалов А.Н., Слепченко Б.М., Мусатов В.В. Молекулярный механизм формирования низкотемпературного кварца. //Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Челябинск, ЧГПУ, 1994, с.78-80

29. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Влияние скорости выращивания кристаллов кварца на их оптические свойства. //Вестник ЧГПУ, Челябинск, 1996, с.152-157

30. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Турлаков В.Н. и др. Некоторые особенности формирования пирамиды роста пинакоида искусственных кристаллов кварца. //Сб. Рост кристаллов, М., Наука, 1974, т.Ю, с.135-142.

31. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Черный JI.H. Зависимость внутренней морфологии искусственных кристаллов кварца от ориентировки затравочных пластин. //Зап. Всес. минер, об-ва. М., 1972, ч.Ю1, вып. 3, с.359-365.

32 Брызгалов А.Н., Черный Л.Н., Кабанович И.В. и др. Некоторые особенности структуры природных кристаллов кварца. //Сб. Вопросы оптики и молекулярной спектроскопии. Челябинск, 1968, с.78-81.

33. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Связь между неравновесными формами роста и растворения кристаллов кварца. //Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике. Челябинск. 1991, с.38-39

34. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В., Халилов Л.М. Использование пассивности граней призмы первого рода для габитусного профилирования кристаллов кварца. //Сб. Получение. Свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике, Челябинск, 1991, с.37-38

35. Брызгалов А.Н, Мусатов В.В., Слепченко Б.М. Формирование кристаллов кварца с микроканальной структурой. // Сб. Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике. Челябинск, 1991, с.50.

36. Брызгалов А.Н., Зубов A.C., Ивашинников В.Т. и др. Метод исследования электрокорунда. //Заводская лаборатория, М., 1979, №1, т.45, с.33-35

37. Брызгалов А.Н., Никитичев П.И., Клещев Г.В. и др. Формирование кристаллов корунда. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1976, с.113-119

38. Брызгалов А.Н., Буренин Н.П., Мусатов В.В. Влияние анизотропии скорости роста кристаллов корунда на их внутреннее строение. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1981, с. 17

39. Брызгалов А.Н., Романова Г.И., Бессонова Л.А. Влияние концентрации примеси титана на внутреннее строение кристаллов рубина, полученных способом Вернейля. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1982, с.46-52. '

40. Брызгалов А.Н., Тихонова Н.П., Пучков В.Н. Связь расходимости лазерного пучка с распределением примеси хрома и структурой кристаллов рубина. // Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1982, с.58-62.

41. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Влияние термической обработки на совершенство кристаллов корунда. //Сб. Химия твердого тела, Свердловск, УрГУ, 1989, с.66-72.

42 Брызгалов А.Н., Романова Г.И. Распределение дислокаций в объеме кристаллов корунда. //Сб. КГУ, Калинин, Физика кристаллизации, 1987, с.69-72.

43. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Романова Г.И. Влияние примеси титана на образование центров окраски рубина, полученного способом Вернейля. // Сб. Физики кристаллизации, КГУ, Калинин, 1992, с. 82-86

44. Брызгалов А.Н., Романова Г.И., Трофимов В.Г. Влияние примеси титана на внутреннее строение кристаллов рубина, полученных способом Вернейля. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1983, с.58-64.

45. Халилов Л.М., Брызгалов А.Н. Влияние термической обработки на дефектность кристаллов корунда. //Сб. Физика кристаллизации, ТГУ, Тверь, 1992, с.77-82

46. Брызгалов А.Н., Мусатов М.И. Зависимость субструктуры кристаллов корунда, получаемых из расплава, от кристаллографического направления выращивания. //Материалы Челябинской научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.33-34

47. Брызгалов А.Н., Буренин Н.П., Никитичев П.И. Роль пассивных граней в формировании кристаллов корунда, получаемых гидротермальным методом. / /Материалы Челябинской научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.34-35

48. Брызгалов А.Н., Романова Г.И., Буренин Н.П. Влияние субструктуры кристаллов рубина на расходимость лазерного излучения. //Материалы научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.71-72

49. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Письменный В.А. Распределение примеси неодима в кристаллах АИГ, полученных способом направленной кристаллизации. //Сб. КГУ, Калинин. 1990, с.65-69

50. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Иванова А.О. Зависимость субструктуры АИГ от условий выращивания. //Сб. Физика кристаллизации, Тверь, ТГУ, 1981, с.70-73

51. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Иванов А.О. Зависимость дефектности монокристаллов АИГ с примесью неодима от условий выращивания. //Материалы научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.35-36.

52 Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Шейнкман А.И. Новые методы исследования кристаллов. //Сб. Проблемы минералогии, геохимии, петрологии щелочных пород, АН СССР, Свердловск, 1074, с.155-161

53. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В., Слепченко Б.М. Формирование кристаллов кварца с микроканальной структурой. //Сб. Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике. //Челябинск, 1991. с.50-57

54. Брызгалов А.Н., Слепченко Б.М., Беляев В.Д., Романова Г.И. Зависимость совершенства кристаллов КГБ от способа выращивания и концентрации примеси неодима. //Сб. Физика кристаллизации, Тверь, ТГУ, 1994, с.54-56

55. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Природа дефектов пирамиды <+п> кристаллов кварца. // Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Челябинск, ЧГПУ, 1996, с.3-5

56. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. О молекулярном механизме формирование кристаллов низкотемпературного кварца. //Материалы III Российской университетско-академической научно-практической конференции. Ижевск, 1997, с.4-5

57. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Влияние скорости выращивания кристаллов кварца на их оптические свойства. //Вестник ЧГПУ, сер. Естественные науки, Челябинск, 1996, с. 152-159

58. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. О дефектах кристаллов кварца, активированных медью. // Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Челябинск, ЧГПУ, 1997, с.22-28

59. Авторское свидетельство №1550943 на изобретение: "Способ выращивания монокристаллов кварца". СССР, 1989. Автор Брызгалов А.Н. и др. Заявители: Ленинградский институт точной механики и оптики, Челябинский государственный педагогический институт.

60. Авторское свидетельство №1651603 на изобретение: "Способ обработки кристаллов алюмоиттриевого граната", СССР, 1991. Автор: Брызгалов А.Н. и др. Заявители: Челябинский государственный педагогический институт.

Цитируемая литература:

1. Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1966.- т.7, с.54-62.

2. Кэди У. Пьезоэлектричество и его практическое применение. М.: И.Л., 1949, с.92-118.

Введение.

Глава I

Оптические свойства и структура реальных кристаллов.

1.1 Взаимодействие излучения с кристаллом.

1.2 Регенерация и формы роста кристаллов.

1.3 Структура и физические свойства кварца.

1.4 Микродефекты кристаллов рубина, получаемых способом Вернейля.

1.5 Оптические свойства кристаллов граната и их зависимость от температуры и нейтронного облучения.

Глава

Методы выращивания и исследования кристаллов

2.1 Физико-химические основы гидротермального метода выращивания кристаллов.

2.2 Метод травления.

2.3 Гидротермальный метод травления.

2.4 Механизм термолюминесценции оптических кристаллов.

Глава

Физические свойства и дефектность кристаллов кварца.

3.1 Влияние дефектов на добротность и оптические свойства кристаллов.

3.2 Микродефекты кристаллов кварца.

3.3 Формирование кристаллов на затравках среза (0001) простой и сложной формы.

3.4 Формирование кристаллов кварца на затравках с несингулярной поверхностью.

3.5 Зависимость макродефектности кристаллов кварца от скорости выращивания.

Глава

Формирование, оптические свойства и дефекты кристаллов корунда, АИГ, КГВ.

4.1 Формирование кристаллов рубина, получаемых гидротермальным способом.

4.2 Зависимость дефектности кристаллов корунда, получаемых из расплава, от кристаллографического направления и условий выращивания.

4.3 Зависимость внутреннего строения кристаллов рубина, получаемых способом Вернейля, от кристаллографического направления выращивания.

4.5 Влияние примеси титана на совершенство и оптические свойства кристаллов рубина, полученных способом Вернейля.

4.6 Влияние термической обработки рубина на дефектность кристаллов.

4.7 Зависимость оптических свойств и дефектности кристаллов УзА15012+Кс13+от условий выращивания и концентрации примеси неодима.

4.8 Внутреннее строение и оптические свойства кристаллов У3А15012+Ш3+, полученных способом направленной кристаллизации.

4.9 Зависимость совершенства и оптических свойств кристаллов КГВ+Ш от способа выращивания и концентрации неодима.

Глава

Природа дефектов оптических кристаллов и молекулярный механизм роста кристаллов кварца

5.1 Устойчивость поверхности роста кристаллов.

5.2 Наследование и размножение дефектов в кристаллах.

5.3 Структура тетраэдрического комплекса [8Ю4]~4 и поверхностный заряд низкотемпературного кварца.

5.4 Молекулярный механизм роста кристаллов кварца.

5.5 Термодинамический подход к формированию кристаллов.

Актуальность темы:

Научно-технический прогресс немыслим без развития таких отраслей науки, как радиоэлектроника, квантовая, нелинейная и волоконная оптика, вычислительная техника, в которых применяются кристаллы кварца, рубина, граната, вольфрамата с их уникальными физическими свойствами. Свойства реальных кристаллов в значительной степени зависят от их совершенства, определяемого условиями выращивания.

Возросшие потребности в кристаллах способствовали развитию теоретических работ. Однако, в настоящее время нет общепринятой теории роста и формирования реальных кристаллов, поэтому между теоретическими работами по росту и практическими результатами по их выращиванию существует большой разрыв.

Значительных успехов в получении кристаллов с заданными физическими свойствами можно добиться только в том случае, если установлена связь между физическими свойствами кристалла, его субструктурой и условиями выращивания. В представленной работе мы попытались установить такую связь для кристаллов, которые нашли применение в оптике, радиотехнике и квантовой оптике.

Работа носит практический характер и выполнена в соответствии с поставленными задачами технологического плана. Исследования проводились в лаборатории физического факультета Челябинского государственного педагогического университета по хоздоговорам: с заводом "Кристалл" /г. Южноуральск/, НИИ ГОИ и ЛИТМО /г. Санкт-Петербург/, НИИ "Фонон" /г. Москва/, завод ТТК /г. Куса/.

Цель работы:

Систематическое исследование зависимости дефектности и физических свойств рубина, кварца, граната и калийгадолиниевого вольфрамата от условий выращивания. Кристаллы кварца и корунда нашли применение в оптике и радиотехнике, рубин, гранат и вольфрамат применяются в квантовой оптике и приборостроении. Работа направлена на совершенствование технологии получения кристаллов с заданными свойствами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Установлена зависимость оптических свойств и добротности от макро и микродефектов кристаллов кварца.

Определена природа дефектов и их влияние на излучение оптически активных кристаллов рубина, АИГ и КГВ.

Показано влияние устойчивости поверхности роста на дефектность кристаллов, получаемых из раствора и расплава.

Установлена связь между макро и микродефектами оптических кристаллов.

Защищаемые положения:

Разработан метод гидротермального травления, обладающий высокой чувствительностью к нарушению структуры оптических кристаллов.

Оптические свойства и добротность кристаллов кварца, получаемых из раствора зависят от скорости роста, ее стабильности и кристаллографического направления выращивания.

Расходимость лазерного излучения зависит от таких дефектов кристаллов рубина, как блочность, зонарность, границы скольжения, дислокации и макроскопические включения, связанных с условиями выращивания. Использование добавок-компенсаторов и способа термической обработки способствуют получению кристаллов рубина с заданными физическими свойствами.

Влияние пассивных и медленно растущих граней на совершенство и ' физические свойства кристаллов: с пассивными гранями связана дефектность кристаллов получаемых из раствора, а выращивание из расплава в направлении медленно растущей грани позволяет получать кристаллы с наиболее совершенной структурой.

Излучение энергии кристаллами АИГ и КГВ зависит от распределения и концентрации активирующей примеси неодима.

Практическое значение:

Полученные результаты использовались для совершенствования технологии получения кристаллов с заданными физическими свойствами.

Материалы исследования могут быть полезными при создании теории формирования реальных кристаллов.

Апробация работы:

Основное содержание работы отражено в 60 публикациях, докладывалось на ежегодных Федоровских сессиях с 1965 по 1993 гг.; на семинаре кафедры физики твердого тела ЛГПИ/1972/; на семинаре кафедры кристаллографии ЛГИ/1975/; на юбилейной научно-технической сессии посвященной 50-летию Ильменского государственного заповедника/г. Миасс, 1970/; на V Всесоюзном совещании по росту кристаллов /г. Тбилиси, 1977 /; на Всесоюзной конференции "Субструктурное упрочнение материалов и дифракционные методы исследования"^. Киев,1985/; на семинаре II Всесоюзной школы по физике и химии рыхлых и слоистых кристаллических структур /г. Харьков, 1988/; на научно-техническом семинаре " Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике" /г. Челябинск, 1989, 1991 гг., Уральская АН СССР/; на третьей университетско-академической научно-практической конференции/г. Ижевск, 1997/; на ежегодных итоговых конференциях по научной работе преподавателей ЧГПУ с 1965 по 1997 гг.

Структура и объем работы:

Работа состоит из V глав, изложена на 260 страницах, включая 86 рисунков и таблиц и список литературы из 248 наименований.

Выводы. Установлено, что оптические свойства и добротность в кристаллах кварца и интенсивность, однородность и расходимость лазерного пучка активных кристаллов зависят от их макро- и микродефектов. Большинство дефектов обусловлено следующими факторами:

1. Неустойчивостью поверхности роста, которая заключается в том, что несингулярные грани, имеющие высокую поверхностную энергию, теряют устойчивость в начальный период роста, а для сингулярных поверхностей существует предельная скорость, с превышением которой они теряют устойчивость, и на растущей поверхности образуются ступени, что приводит к возрастанию захвата примеси и увеличению плотности макродефектов. К неустойчивым поверхностям

2 36 в кварце относятся (0001)-с и (1120)- п, в корунде (2243)-п, (ЮГО)- ш, (1011)- г.

2. Проявлением эффекта пассивных и медленнорастущих граней, который сводится к следующему: если все гранки ступеней активные, то пирамида роста неустойчивой поверхности формируется автономными областями. Когда одна из гранок будет пассивной, то в наросшей пирамиде проявляется пластинчатость с границами, параллельными пассивной грани. К пассивным граням в кварце относятся (10Т0)-ш, в корунде (0001). Границы пластин обогащены примесными атомами, макровключениями и дефектами упаковки. Выращиванием в направлении медленно растущей грани с плоским фронтом роста путем подбора градиентов температуры и скорости вращения удается получить кристаллы с наиболее совершенной структурой. Это грани (101*1) и (0Т11) кварца, (1120) и (1011) корунда, (110) граната, (010) КГВ.

3. Симметрийно-термодинамическим фактором, который связан с тем, что в каждом кристалле имеются плоскости скольжения. В случае, когда градиент температуры совпадает с плоскостью скольжения или составляет с ней незначительный угол, в кристаллах, получаемых из расплава, образуются дислокации, полосы скольжения и границы блоков, а на поверхности роста образуются ступени, во входящие углы которых попадают, а затем «захлопываются» макровключения. В кристаллах корунда к таким направлениям относятся [2243], [1010], [1011].

4. С эффектом захвата и распределения активирующей примеси в объеме кристаллов связаны оптические свойства. Кристаллы с зонарным распределением примеси отличаются более высокими оптическими качествами, чем с ячеистым. Существует предельная концентрация примеси, с превышением которой зонарное распределение примеси

231 переходит в ячеистое. Для кристаллов АИГ, полученных способом Чохральского, предельная концентрация неодима составляет ~1 ат.%, полученных способом направленной кристаллизации- 0.7 ат.%, для КГБ, выращенных раствор-расплавным способом ~7 ат. %.

5. В работе показаны и отработаны способы совершенствования кристаллов в процессе выращивания путем добавки примеси-активатора, для рубина- это примеси титана в необходимой пропорции, а в послеростовой период дефектность можно снизить путем термической обработки. В кристаллах рубина в этом случае болыпеугловые границы с высокой объемной энергией распадаются на малоугловые, а затем- на отдельные дислокации.

6. В работе на примере кварца представлен молекулярный механизм роста и образования дефектов, рассматривается пассивность грани (1010), с которой связана значительная часть дефектов.

Разработан новый метод, чувствительный к неоднородностям кристаллов,- гидротермальное травление. гъч

1. Loiz А Sur еа crisstallisation des aliens.// Compt. rench, 1856, t.43, p. 799901

2. Шафрановский И.И. Плоскогранные формы.// Сб. Кристаллы минералов. JL, 1957, ч.1, 220 с.

3. Артемьев Д.Н. Метод кристаллизации шаров и его применение при изучении формы и строения кристаллических веществ. Петроград, 1914,309 с.

4. Штенберг A.A. Формообразование в гидротермальных системах. Автореф. докт. дисс. М., 1968, 51 с.

5. Шефталь H.H. К вопросу о реальном кристаллообразовании. В кн. Рост кристаллов, М., Наука, 1961, т. 3, с. 9-21

6. Gross R. Zur Theorie des Wachstums und Losungs vorgan des Kristalliner Materie.// Abhandl.d.k. Sachs. GesWess. Leipzig, math.- phys. kl. 35, 1918, p. 137-202.

7. Batterman B. Hillocks, pits and etch zate in Germanium cristals.//J. Appl. Phys., 1957, v. 28, p. 1236-1241.

8. Gevers R.S., S. Amelinck, W. Dekeyer Interferometric study of etch pits. //Naturwiss, 1952, vol.39, p.448-449

9. Gilman J.J., W.C. Johnston, G.W. Sears Dislocation etch pit formation in lithium flooride. //J. Appe. Phys., 1958. Vol.29, p.774-754

10. Wolff G.A., J.D. Broder, The role of ionicity, bonding and adsorption in krystl morphology. //Nancy., 1965, vol.6, p.6-12

11. Wolff G.A., J.J. Frowley, LR. Hictonen On the etching of II-VI and III-V compounds. //J. Electrochem. Soc., 1964, vol.3, p.22-27

12. Стенон H.O. О твердом, естественно содержащимся в твердом. Изд-во АН СССР, 1967, 150 с.

13. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. и др. Некоторые особенности структуры природных кристаллов кварца // В кн. Вопросы оптики и молекулярной спектроскопии. Челябинск, 1968, с. 79-81.

14. Бутузов В.П., Икорникова Н.Ю. Стабильная форма роста кристаллов кварца.// Сб. Всесоюз. минер, об-ва., 1956, с.2, ч. 85, вып. 3, с. 395-397.

15. Брызгалов А.Н. Некоторые закономерности внутреннего строения и роста кристаллов кварца. Автореф. канд. дисс., Свердловск, УрГУ, 1969, 22 с.

16. Шубников A.B. Как растут кристаллы. M.-JI., 1935, 175 с.

17. Гиббс Дж. Термодинамические работы. M.-JL, Гостехиздат, 1950.

18. Вульф Г.В. Избранные работы по кристаллофизике и кристаллографии. M.-JL, 1952, 342 с.

19. Асхабов A.M. Регенерация кристаллов. JL, Наука, 1979, 179 с.

20. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Черный JI.H. и др. Некоторые закономерности формирования искусственных кристаллов кварца. // В кн. Рост кристаллов, М., Наука, 1974, т. 10, с. 158-164.

21. Becke F. Der Aufbau der kristalle aus Anwachskegeln. //Fahrbuch, Naturwiss., 1894, vol. 14, №42, s.1-18

22. Hartman P., Perdok J. On the relations between structure and morphology of kristallogs. //Acta Cristallogr., 1975, vol.8, №1, p.49-52

23. Lang A.B., Miuskov V.F. Dislocation and Fault surfaces in sinnthatic Quarzt. //App. Phys., 1967, vol.38, №5, p.24-77

24. Айлер P. Коллоидная химия кремнезема и силикатов. М., Изд. И. Л., 1959, с.20.

25. Рыженков Б.Н., Хитров Н.И. К воросу о формах кремнезема в водных растворах. М., Геохимия, 1968, №8, с.951-961.

26. Генеев И.Г. Растворимость и кристаллизация кремнезема в хлоридных растворах. // ДАН СССР 1975, т. 221, №6, с.1427-1429.

27. Мозебах Р. Гидротермальная растворимость кварца с точки зрения гетерогенного газового равновесия. // В кн. Термодинамика геохимических процессов. М., 1960, с. 34-70.

28. Бутузов В.П., Брятов Л.В. Исследование фазового равновесия части системы H20-Si02-Na2C03 при высоких температурах и давлениях. //Кристаллография, 1957, т.2, ч. 85, вып. 3, с. 395-397.

29. Штернберг А.А О процессах кристаллизации в автоклавах.// В кн. Гидротермальный синтез кристаллов. М., Наука, 1968, с.34.

30. Ладиз Р. Паркер Р. Рост кристаллов. М., Мир, 1974, 500 с.

31. Кузнецов В.А., Лобачев А.Н. Гидротермальный метод выращивания кристаллов.//Кристаллография, 1972, т. 17, вып. 4, с.878.

32. Медведев С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов. Изд. В.Ш., М., 1970, 503 с.

33. Френкель И.Я. Кинетическая теория жидкостей, М.-Л., 188 с.

34. Григорович В.К. К электронной теории строения жидких металлов.// В кн. Исследование металлов в жидком и твердом состоянии. М., Наука, 1964, с.73-78

35. Белов Н.В. Строение атомов в свете кристаллохимии силикатов. //В кн. Стеклообразное состояние. М., АН СССР, 1960, с. 90-98

36. Флоринская В.А., Печенкина P.C. Инфракрасные спектры натриево-силикатных стекол.//сб. Оптика и спектроскопия, 1956, т.1, в.5.

37. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М., 1963, с.411.

38. Семилетов C.A., Кудрявцева P.B. и др. Ориентация кристаллов в пленках сернистого свинца, полученных напылением на мусковите. //Кристаллография, 1969, т. 14, №3, с. 491-493

39. Дистлер Г.И. Электронная микроскопия поверхностных явлений.//В кн. Исследование в области поверхностных сил. М., Наука, 1967, с.84-96.

40. Дистлер Г.И. Реальное строение, активность и дальнодействие кристаллических поверхностей. //В сб. Рост кристаллов. М., Наука, 1968, т.8,. с.108-123.

41. Сыромятников Ф.В. К вопросу о определении растворимости кремнезема в воде при высоких давления и температурах. //Советская геология, 1944, т.З. с.75-79

42. Kennedy G.C. Hudrotermal solubility of silica. //Econ. Geol., 1944, vol.39, №1, p.25-31

43. Anderson G.M., C.W.Bunham The solubility of quartz in supercristal water. //Am. J. Sei., 1965, vol.263, №6, p.494-511

44. Krauskoph K.B. Dissolution and precepitation of selica at low temperatures. //Geochim et Cosmochim Acta, 1956, vol.10, №1-2, p. 1-26

45. Шефталь H.H. Генезис пьезокварцевых месторождений в связи с данными искусственного выращивания кварца.// Кн. Вопросы геохимии и минералогии. М.,АН СССР, 1956, с. 142-157

46. Путл О.Ф., Фридман И.И. Несовместимость жидкостей в системе Н20-Si02-Na20.// Кн. Вопросы физико-химии в минералогии и петрографии. М., 1959, с. 9-22

47. Танеев И.Г., Румянцев В.Н. О природе расслоения в системе NaOH-H20-Si02 при повышенных давлениях и температурах.// Изд. АН СССР, сер. Неорганические материалы, М., 1971. Т.7, №12, с. 2191-2194

48. Ломель Д.М., Кронберг M.JI. Прямое наблюдение несовершенства кристаллов. М., Металлургия, 1964, 200 с.

49. Хейман Р.Б. Растворение кристаллов. Д., Недра, 1979, 268 с.

50. Марфутин A.C. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. М., Наука, 1975 с.204-218

51. Лущик Ч.Б. Электронные возбуждения и электронные процессы в люминесцирующих ионных кристаллах.//Тр. Ин-та физики и астрономии АН Эст. ССР, 1966, №31, с. 19-83.

52. Гуревич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М., В.Ш., 1971,336 с.

53. Матросов И.И, Чистяков В.К., Погорелов Ю.Л. Исследование термолюминесценции геологических материалов. Томск, 1979, 113 с.

54. Вязанкин А.Ф. Самойлович М.И., Фетченков АЛ. О влиянии точечных дефектов на частотную стабильность кварцевых резонаторов. //Кн. Физические исследования кристаллов. М., Наука, 1975.

55. Бондаренко М.Г., Фотченков A.A., Хаджи В.Е. Влияние условий роста не механические потери в кварце.//В кн. Физические исследования кварца. М., Hepa, 1975, с.20-26

56. Крейскоп В.Н., Самойлович М.И., Цинобер Л.И. ЭПР и оптические характеристики точечных дефектов в кристаллическом кварце.// В кн. Физические исследования кварца. М., Недра 1975.

57. Колодиева C.B., Фетченков A.A., Хаджи В.Е. Влияние скорости роста синтетических кристаллов кварца на пьезоэлектрические и электрические свойства кристаллов. //Сб. Электронная техника, 1969, сер. 14, вып. 2, с. 104-107.

58. Семенов К.П., Фотченков A.A. Эффективность воздействия на кварц различных видов излучения. Кристаллография, 1977, т.22, №3.

59. Чернов A.A. Теория устойчивости гранных форм роста кристаллов. //Кристаллография, М., Наука, 1971, т. 16, вып. 4, с. 842-862

60. Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов. МГУ, 1980.

61. Леммлейн Г.Г. Секториальное строение кристаллов. М., 1948

62. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Черный JI.H. Зависимость внутренней морфологии искусственных кристаллов кварца от ориентировки затравочных пластин. //Зап. Всес. минер, об-ва. М., 1972, 4.101, вып. 3, с.359-365.

63. Мамаев H.A., Кузнецов А.Ф., Зацепин А.Ф., Шульгин Г.В. О реконструкции несингулярных граней кристаллов кварца в гидротермальных условиях. //Кристаллография, 1987,т. 32, вып. 1, с. 196

64. Шефталь H.H. Зависимость реального кристаллообразования и некоторые принципы выращивания монокристаллов. //Сб. Рост кристаллов. М., Наука, 1974, т.4, с. 195-221

65. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Турлаков В.Н. и др. Некоторые особенности формирования пирамиды роста пинакоида искусственных кристаллов кварца. //Сб. Рост кристаллов, М., Наука, 1974, т. 10, с. 135142.

66. Гаврилко В.М., Кашкуров К.Ф., Клещев Г.В. и др. Тепловые эффекты при нагревании искусственных кристаллов кварца. //Изв. АН СССР, сер. Неорганические минералы, 1970. Т.6, с.421.

67. Современная кристаллография. М., Изд. Наука, 1980, т.З, с. 134-142.

68. Калентьев В.А. Анизотропия экзоэмисионных свойств кристаллов кварца. Автореф. канд. дисс. Свердловск, УПИ, 1988, 20 с.

69. Клещев Г.В., Эмирбеков Э.Т. Зависимость продолжительности зонной стадии старения сплавов AlZn от температуры закалки. //Физика металлов и металловеление, 1977, т.43, вып.2, с.423-426.

70. Цинобер Л.И. Самойлович М.И., Штернберг A.A. и др. О некоторых особенностях термохимической обработки кварца. //Кристаллография, 1971, т.:, вып.З, с.591-595.2 чч

71. Самойлович М.И., Цинобер Л.И., Крейскоп В.Н. О природе радиационной цитриновой окраски кварца. // Кристаллография, 1968, т. 13, вып.4, с.727-730

72. А.А. Штернберг Морфология, кинетика и механизм роста кристаллов // Сб. Рост кристаллов, М.: Наука, 1972.-Т.9, с. 35-40

73. O'Brien М.С.М,. M.H.L. Ryce Defekts in crystalline solids, report of Bristes confence. London, 1954, Physical Soliete.

74. Буканов B.B. Горный хрусталь Полярного Урала. JI., Наука, 1974, 212 с.

75. Брызгалов А.Н., Черный Л.Н., Кабанович И.В. и др. Некоторые особенности структуры природных кристаллов кварца. //Сб. Вопросы оптики и молекулярной спектроскопии. Челябинск, 1968, с.78-81.

76. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Асхабов А.М. и др. Формирование природных кристаллов кварца. // В кн. Региональная минералогия и гинезис минералов. Сывтывкар, 1975, с. 13-24.

77. Клещев В.Г., Скобелева Л.В., Брызгалов А.Н. О проблеме Н. Стенона. //Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1973, вып.4, с.85-90.

78. Curie Р. Sur la formation des eristaux et sur les constantes copillaires de leur difforentes faces. //Bull. Soc. Miner., France, 1985, vol.18, s.145

79. Черный Л.Н., Брызгалов A.H., Клещев Г.В. и др. Рост кристаллов кварца на сферической затравке. //Минер, сб. Львовского ун-та, 1970, вып.2, №4, с. 151-154

80. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., О пирамидах нарастания граней гексагональной призмы кристаллов кварца. // Зап. Всес. минер, об-ва., 1970, ч.99, вып. 1, с. 106-109.

81. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Кашкуров К.Ф. и др. Структура кристаллов кварца, выявляемая травлением в автоклаве. //Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, 1968, т.4, №3, с.362.2 ЧС

82. Брызгалов А.Н., Черный Л.Н., Кузнецов А. Ф. И др., О возможном механизме образования пирамид нарастания пинакоида искусственных кристаллов кварца. //Зап. Всес. минер, об-ва, 1971, ч.ЮО, вып.1, с. 100106.

83. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. и др. О зональности искусственных кристаллов кварца. //Зап. Всес. Минер, об-ва , 1973, 4.102, вып.8, с.681-685.

84. Скобелева Л.В, Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. и др. Пассивные грани и дефектные поверхности кристаллов кварца. //ДАН СССР. 1971, т. 190, №2, с.327-336.

85. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Черный Л.Н. Зависимость внутренней морфологии искусственных кристалов кварца от ориентировки затравочных пластин. //Зап. Всес. минер, об-ва, Л., Наука, 1972, 4.101, вып.4, с.359-365

86. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н. Зависимость строения искусственных кристаллов кварца от условий выращивания. //Сб. Рост кристаллов, М., Наука, 1974. Т. 10, с.143-157.

87. Клещев Г.В., Мамаев Н.А., Скобелева Л.В. О линейных дефектах в кристаллах кварца. //Сб. Вопросы физики твердого тела. Челябинск, 1974, вып.5, с.80-88.

88. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Черный Л.Н. и др. Некоторые закономерности формирования искусственных кристаллов кварца. // Сб. Рост кристаллов, т. 10, М., Наука, 1974, с.158-164.

89. Клещев Г.В., Брызгалов А.Н., Скобелева Л.В. и др. Пластинчатое строение кристаллов. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1974, вып.5, с.68-79

90. Брызгалов А.Н., Скобелева Л.В., Клещев Г.В. и др. О формировании сектора нарастания пинакоида искусственных кристаллов кварца. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1972, вып.З, с.79-85

91. Клещев Г.В., Скобелева Л.В., Брызгалов А.Н. Строение и дефекты кристаллов кварца. //Минер, сб. Львовского ун-та, 1974, №28, вып.4. с.79-85.

92. Брызгалов А.Н., Гаврилко В.М, Клещев Г.В. и др. О взаимосвязи между структурой, пропусканием света и температурой фазового прехода искусственных кристаллов кварца. //Изв. АН СССР, сер. Неорганические материалы, М., 1970,т.6, вып.7, с. 1281-1284.

93. Брызгалов А.Н., Слепченко Б.М, Мусатов В.В. Молекулярный механизм формирования низкотемпературного кварца. //Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Изд. ЧГПУ, Челябинск, 1994, с.78-80

94. Клещев Г.В, Мамаев Н.А, Скобелева Л.В. и др. Субструктура секторов роста несингулярных граней кристалла. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск. 1976, с. 105-112.

95. Брызгалов А.Н. Проявление «Эффекта пассивных граней» кварца и корунда. //Сб. Субструктурное упрочнение металлов и дифракционные методы исследования. Материалы конференции, Киев. Наукова Думка, 1985, с.220-221

96. Брызгалов А.Н. Мусатов В.В, Халилов Л.М. Направленное дефектообразование. //Сб. II Всесоюзная школа по физики и химии рыхлых и слоистых кристаллических структур. Харьков, ХПИ. 1988, с.141-142.

97. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Управление дефектностью кристаллов кварца. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, 1988, с.48.

98. Брызгалов А.Н, Мусатов В.В, Халилов Л.М. Получение кристаллов кварца с каналами. // Сб. Физика кристаллизации, КГУ 1990, с. 11-16

99. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Получение кристаллов кварца сложной формы. //Сб. Физика кристаллизации. КГУ, 1992, с.72-77

100. Брызгалов А.Н., Мусатов А.Н. Исследование секторов <0001> и <1120> искусственных кристаллов кварца. //Сб. Физика кристаллизации. ТГУ, 1994, с.92-97

101. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Связь между неравновесными формами роста и растворения кристаллов кварца. //Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике. Челябинск. 1991, с.38-39

102. Брызгалов А.Н, Мусатов В.В., Слепченко Б.М. Формирование кристаллов кварца с микроканальной структурой. // Сб. Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике. Челябинск, 1991, с.50.

103. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Влияние скорости выращивания кристаллов кварца на их оптические свойства. //Вестник ЧГПУ, Челябинск, 1996, с. 152-157

104. Ланг А.Р., Миусков В.Ф. Дефекты в природном и синтетическом кварце. //Сб. Рост кристаллов, М., Наука. 1967, т.7, с. 133

105. Брызгалов А.Н., Клещев Г.В., Буторин П.П. О природе Y-образных дефектов оптической однородности искусственных кристаллов кварца. // Зап. Всес. минер, об-ва, 1973, с.2, 4.102

106. Цинобер Л.И., Ченцова Л.Г., Штернберг A.A. О зеленой и бурой окраске кристаллов искусственного кварца. //Сб. Рост кристаллов, М., 1959, т.2, с.61-67

107. Лушников В.Г., Хаджи В.Е. Гидротермальный синтез кристаллов кварца синего цвета. //Тр. ВНИИП, 1961, в.5, с.872U

108. Кабанович И.В., Русанов JI.3., Сафронов Г.М. О влиянии некоторых дефектов искусственного кварца на добротность резонаторов. //Сб. Электронная техника, М., 1972, сер. 10, в.З

109. Самойлович М.И., Цинобер Л.И., Хаджи И.П. Исследование окрашенных кристаллов синтетического кварца. //ДАН СССР, 1968, т. 184, №1, с.91-93

110. Прянишников В.П. Система кремнезема. Изд. И.Л. по строительству, Л., 1971, с.26

111. Долодугина B.C. Приборы и методы исследования. //Сб. Рост кристаллов, М., 1961, т.З, с.481-493

112. Прямые методы исследования дефектов в кристаллах. /Под ред. Елистратова A.M./ М., Мир, 1965

113. Силинь А.Р., Трухин А.Н. Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном Si02. Рига, Знание, 1985,219 с.

114. Мамаев H.A. Проявление радиоционно-стимулированных эффектов в объеме секторов роста различных граней кристаллов кварца. Автореф. канд. дисс., Свердловск, УПИ, 1986, 21 с.

115. Асхабов A.M., Мамаев H.A., Скобелева Л.В, Шереметьев И.А., Брызгалов А.Н. Регенерация головок природного кварца. //Сб. Ин. геол. Коми филиала АН СССР. Сывтывкар. 1975, 118-123.

116. Lang A.R. The projction topography(new metod in X-ray micrography). //Acta Cryst., 1965, vol.12

117. Клещев Г.В., Скобелева JI.B., Брызгалов А.Н. и др. Молекулярный механизм роста ß-кварца и их дефекты. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1973, в.4, с.91-98

118. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Исследование секторов <0001> и <1120> искусственных кристаллов кварца. //Сб. Физика кристаллизации, Тверь, ТГУ, 1994, с.92-97

119. Брызгалов А.Н., Слепченко Б.М., Мусатов В.В. Молекулярный механизм формирования низкотемпературного кварца. //Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Челябинск, ЧГПУ, 1994, с.78-80

120. Kats A. Hydrogenin in Alpha- quarts. //Philips Res. Kepts., v. 17, №2, 3, 1962

121. Брызгалов A.H., Мусатов B.B., Слепченко Б.М. Формирование кристаллов кварца с микроканальной структурой. //Сб. Получение, свойства и применение дисперсных материалов в современной науке и технике. //Челябинск, 1991. с.50-57

122. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Природа дефектов пирамиды <+п> кристаллов кварца. // Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Челябинск, ЧГПУ, 1996, с.3-5

123. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. О молекулярном механизме формирование кристаллов низкотемпературного кварца. //Материалы III Российской университетско-академической научно-практической конференции. Ижевск, 1997, с.4-5

124. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Влияние скорости выращивания кристаллов кварца на их оптические свойства. //Вестник ЧГПУ, сер. Естественные науки, Челябинск, 1996, с. 152-1592Í0

125. Шефталь H.H. Первые советские опыты по выращиванию кварца. М., АН СССР, 1955

126. Цинобер Л.И., Ченцова Л.Г., Штернберг A.A. О зеленой и бурой окраске искусственного кварца. //Кн. Рост кристаллов. Т.2, М., 1959, с.61-67

127. Цинобер Л.И., Хаджи В.Е. Самойлович М.И., Балицкий B.C. Условия роста и реальная структура кристаллов, //кн.- IV всесоюзное совещание по росту кристаллов. ч.П. 1972, с. 186-205

128. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. О дефектах кристаллов кварца, активированных медью. // Материалы конференции по итогам научно-исследовательской работы преподавателей, сотрудников и аспирантов. Челябинск, ЧГПУ, 1997, с.22-28

129. Mandel L. Proceedings of conference on optical instruments and techniques. London, 1962

130. Хивенс О. Лазеры на твердых веществах. Изд. Мир, 1964.С.159.

131. Марэ М., Мараиз М. Гидротермальный рост корунда и рубина. //Сб. Выращивание монокристаллов. Металлургия, 1970, с.44-45

132. Озеров Н.К. О зависимости формы кристаллов корунда от химического состояния срыды. //ДАН СССР, 1945, т.45, вып.1

133. Озеров Н.К. Формы кристаллов корунда как поисковый признак. //Сов. геология. М., 1946, №9

134. Белов Н.В. Очерки по структурной минералогии. // Минер, сб. Львовского ун-та, 1958

135. Wells A. Cristal habit and internal structure. //The Philosophical magasine, 1946, vol.37

136. Строителев С.А. Влияние примесей в растворе на форму кристаллов при их росте. //Геология и геофизика, Наука, Сибир. отд., 1961, №6, 1966, с. 162-1642S1

137. Бакштейн С.З., Кикшин С.Т., Назарова М.П. О росте нитевидных кристаллов корунда. //Физика твердого тела, 1964, т.:, вып.5

138. Григорьев Д.П., Шафрановский И.И. Кристаллографические исследования искусственного корунда. //Зап. Всес. минер, об-ва, 1941, сер.2, вып. 1

139. Тимофеева В.А., Восканян P.A. К вопросу о выращивании кристаллов корунда из раствора фтористого свинца. //Кристаллография, 1963, т.8, вып.2, с.293-296

140. Almeika F.R. Growth of single crystal of corundum and gallium oxide. U.S.Patent, 1962,3.075.831

141. Ноздрина В.Г., Цинобер Л.И. Спонтанная кристаллизация корунда в гидротермальных условиях. //Кристаллография, 1966, т.11, вып.З, с.425

142. Никитичев П.И., Ноздрина В.Г., Цинобер Л.И. О синтетическом корунде, полученным гидротермальным методом.//Тр. ВНИИП, 1960, т.4, вып.2, с.95-100

143. Башук Р.П., Басаев В.П., Цаднина Р.Б. Гидротермальный синтез корунда. //Кристаллография, 1960, т.5, вып.4

144. Войцеховский В.Н., Никитичев П.И., Цинобер Л.И. О синтетическом корунде, полученным гидротермальным методом. //Минер, сб. Львовского ун-та, 1970, №24, вып.2

145. Никитичев П.И., Клещев В.Г., Кашкуров К.Ф. и др. Некоторые особенности формирования призмы <1120> синтетических кристаллов корунда, выращенных гидротермальным методом. //Зап. Всес. минер, об-ва, 1968, сер.2, ч.97, с.375-377

146. Кузнецов В.А., Штернберг A.A. Кристаллизация рубина в гидротермальных растворах. //Кристаллография, 1967, т. 12, вып.2

147. Балицкий B.C., Лисицина Е.Е. Синтетические аналоги и иммитации природных драгоценных камней. М., Недра, 1981, с. 157

148. Мусатов М.И. К вопросу образования пузырей в кристаллах корунда, выращенных из расплава. //Оптико-механическая промышленность, 1974, №4, с.36-39

149. Сб. Рубин и сапфир. М., Наука, 1974, с. 197

150. Добровинская Е.П. Управление структурным совершенством монокристаллов корунда. //НИИХИМ, М., 1979

151. Козловская Е.П. Пластические деформации кристаллов рубина и лейкосапфира при высоких температурах. ИКАН, М., 1971. Автореф. канд. дисс.

152. Белая А.Н., Добровинская Е.Р., Литвинова Л.А. Примесная полосчатость в монокристаллах корунда. //Кристаллография, 1977, т.22, вып.2, с.411-413

153. Тихонова Н.П., Волынец Ф.К., Туниманова И.В. Причина неравномерного распределения примеси хрома в рубине. //Оптико-механическая промышленность , 1967, №7, с.45-48

154. Романова Г.И., Власов И.М., Тихонова Н.П. и др. Управление характером распределения активирующей примеси в кристаллах рубина. //Кн. Монокристаллы и техника, ВНИИ монокристаллов Харьков, 1974, вып.2, с.41-47

155. Волынец Ф.К., Тихонова Н.П., Вараксина И.Т. О природе оптической неоднородности кристаллов рубина. //Оптико-механическая промышленность, 1964, №8, с.37-40

156. Бородин В.А., Татарченко В.А., Чернышева Л.И. и др. Влияние тепловых условий процесса на огранку монокристаллов корунда, полученных способом Вернейля. //Кристаллография, т.25, вып. 3 с.590-594

157. Арзуманян Г.А., Багдасаров Ч.С., Ряднов С.Н. Влияние скорости выращивания на распределение газообразующих примесей в кристалле лейкосапфира. //Сб. КГУ, 1987, с.29

158. Грум-Гжимайдо C.B., Пастернак Л.Б., Свиридов Д.Т. и др. Спектры рубина. //Сб. Спектроскопия кристаллов М., Наука, 1966, с. 168-182.

159. Волынец Ф.К., Воробьев В.Г., Сидорова Е.А. РЖ-полосы поглощения в кристаллах корунда. //Ж-л прикладная спектроскопия, 1969, т. 10, №6, с.981

160. Багдасаров Х.С., Федоров Е.А., Белых И.Г. Энергия границ блоков, параллельных плоскости (1120) с осями поворота вдоль 1100. в кристаллах лейкосапфира. //Кристаллография, 1977, т.22, вып.4, с.888-889

161. Добровинская Е.П. Влияние термического отжига на дефектность структуры монокристаллов. //Сб. Рост и дефекты в металлических кристаллов. Наукова думка, Киев, 1972, с.284

162. Сидорова Е.А., Волынец Ф.К., Королев Е.А. О центрах окраски в гамма-облученном рубине с примесью ванадия. //Ж-л. Прикладной спектроскопии, 1972, т.17, №5, с.781

163. Данилейко Ю.К., Маненков A.A., Прохоров A.M. и др. Оптическая однородность кристаллов рубина и ее связь с расходимостью ОКГ. //Физика твердого тела, 1968, т. 10, вып.9, с.2738-2744

164. Современная кристаллография. Наука, М., 1980, т.З, 186 с.

165. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного пучка. М., 1979, 109 с.

166. Акуленок K.M., Багдасаров Х.С., Попков B.C. и др. Влияние блочной структуры и плоскостей скольжения на расходимость лазерного излучения кристаллов рубина. //Кристаллография, 1967, т. 12, с.286

167. Годжаев Н.М. Оптика Издание З.Ш., М., 1977, с. 196.

168. Смирнов Ю.М. Симметрийно-термодинамический анализ захвата примеси при росте кристаллов из расплава. //Сб. Физика кристаллизация, КГУ, Калинин, 1987, с. 15-23

169. Рид В.Т. Дислокации в кристаллах. М., 1957

170. Котрелл А. Теория дислокаций. Изд. Мир, М., 1969

171. Холл Д. Введение в дислокации. АтомИздат, 1968, 277 с.

172. Сидорова Е.А. Центры окраски в кристаллах корунда. ГОИ, Л., 1974, 21с. Автореф. канд. дисс.

173. Инденбом В.Н. К теории образования напряжений и дислокаций при росте кристаллов. //Кристаллогарфия, 1964, т.9, №1.

174. Брызгалов А.Н., Никитичев П.И., Клещев Г.В. и др. Формирование кристаллов корунда. //Сб. Вопросы физики твердого тела, Челябинск, 1976, с. 113-119

175. Брызгалов А.Н., Буренин Н.П., Мусатов М.И. Влияние анизотропии скорости роста кристаллов корунда на их внутреннее строение. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1981, с. 17

176. Брызгалов А.Н., Романова Г.И. Распределение дислокаций в объеме кристаллов корунда. //Сб. КГУ, Калинин, Физика кристаллизации, 1987, с.69-72.

177. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Романова Г.И. Влияние примеси титана на образование центров окраски рубина, полученного способом Вернейля. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1992, с.82-86

178. Брызгалов А.Н., Романова Г.И., Бессонова Л.А. Влияние концентрации примеси титана на внутреннее строение кристаллов рубина, полученных способом Вернейля. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1982, с.46-52.

179. Брызгалов А.Н., Романова Г.И., Трофимов В.Г. Влияние примеси титана на внутреннее строение кристаллов рубина, полученных способом Вернейля. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1983, с.58-64.

180. Брызгалов А.Н., Тихонова Н.П., Пучков В.Н. Связь расходимости лазерного пучка с распределением примеси хрома и структурой2SÏкристаллов рубина. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1982, с.58-62.

181. Халилов JI.M., Брызгалов А.Н. Влияние термической обработки на дефектность кристаллов корунда. //Сб. Физика кристаллизации, ТГУ, Тверь, 1992, с.77-82

182. Брызгалов А.Н., Буренин Н.П., Никитичев П.И. Роль пассивных граней в формировании кристаллов корунда, получаемых гидротермальным методом. //Материалы Челябинской научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.34-35

183. Брызгалов А.Н., Романова Г.И., Буренин Н.П. Влияние субструктуры кристаллов рубина на расходимость лазерного излучения. //Материалы научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.71-72

184. Брызгалов А.Н., Мусатов В.В. Влияние термической обработки на совершенство кристаллов корунда. //Сб. Химия твердого тела, Свердловск, УрГУ, 1989, с.66-72.

185. Сильченко В.Г., Гриценко М.М. Содержание хрома в рубине в зависимости от содержания его в исходной шихте. //Кристаллография, 1964, т.9, вып.5, с.763

186. Урусов B.C. Энергетическая теория изовалентного изоморфизма. //М., Геохимия, 1970, №4, с.510-5242 $6

187. Зелигман Э.Б., Казуров Б.К., Красенкова С.Д. О некоторых физико-химических условиях выращивания монокристаллов методом Вернейля. //Сб. Рост кристаллов, Наука, М., 1972, с. 158

188. Кузнецов В.А. Скорости роста граней корунда в гидротермальных условиях. //Кристаллография, 1964, т.9, вып.1

189. Брызгалов А.Н., Зубов A.C., Ивашинников В.Т. и др. Метод исследования электрокорунда. //Заводская лаборатория, М., 1979, №1, т.45, с.33-35

190. Брызгалов А.Н., Слепченко Б.М., Беляев В.Д., Романова Г.И. Зависимость совершенства кристаллов КГВ от способа выращивания и концентрации примеси неодима. //Сб. Физика кристаллизации, Тверь, ТГУ, 1994, с.54-56

191. Трупов В.К., Ефремов В.Н. Кристаллохимия и свойства двойных молибденов и вольфраматов. JL, Наука, 1986, 163 с.(с.20)

192. Мохосев М.В., Алексеев Ф.П., Лущик В.И. Диаграммы состояния молибдатных и вольфраматных систем. Новосибирск, Наука, 1978, 320 с.

193. Мохосев М.В., Алексеев Ф.П., Бутуханов В.Л. Двойные молибдаты и вольфраматы. Новосибирск, Наука, 1981, 135 с.

194. Арсеньев П.А., Кустов Е.Ф. Элементы квантовой электроники. 4.1 Монокристаллы гранатов. Методы получения. //Спектроскопические и лазерные параметры. М., Из-во МЭИ, 1973

195. Багдасаров Х.С., Карпов И.И., Гречушников Б.Н. Выращивание кристаллов иттрий-алюминиевого граната. //Обзор по электронной технике. Квантовая электроника, М., 1976, сер. 10, вып.1, 106 с.

196. Каминский H.A. Лазерные кристаллы. М., Наука, 1975

197. Рябцов Н.Г. Материалы квантовой электроники. //М., Советское радио, 1972.

198. Савитский Е.М., Бурханов Г.С. Монокристаллы тугоплавких и редких металлов. М., Наука, 1972

199. Арсеньев П.А., Кустов Е.Ф., Ли Л. И др. О дефектах монокристаллов гранатов, выращенных методом оптической зонной плавки. //Кристаллография, 1968, т. 13, вып.4, с.740-742

200. Александоров В.И, Осико В.В., Прохоров А.Н., Татаринцев В.М. Новый метод получения тугоплавких кристаллов и плавленных керамических материалов. //Вест. АН СССР, 1973, №12, с.29-39

201. Ерофеев В.Н., Мелентьев А.Г., Старцев С.А. и др. Влияние формы фронта кристаллизации на радиальное распределение примеси стронция и натрия в кристаллах хлористого калия. //Кристаллография, 1980, т.25, вып. 1, с. 197-198.

202. Мусатов М.И. Кристаллы АИГ, полученный способом ГОИ. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1981, с. 10-13

203. Мильвидский М.Г. Форма фронта кристаллизации и характер распределения примеси по поперечному сечению монокристаллов, выращенных по методу Чохральского. //Кристаллография, 1961, т.6, вып.5, с.803

204. Степанцов Е.А., Говорков В.Г., Харитонов Ю.А. и др. Спайность кристаллов АИГ. //Кристаллография, 1980, т.25, вып.2, с.427

205. Белов Н.В. Структура ионных кристаллов и металлических фаз. //Изв. АН СССР, 1947.

206. Захарько Я.М., Захарько М.М., Сенькеев В.А. Рентгено и термолюминесценция кристаллов АИГ с примесью хрома. //Сб. Радиационные эффекты в монокристаллах, АН УзССР, 1973.

207. Бычков В.З., Федулов С.А., Власов A.C. и др. Выращивание монокристаллов АИГ с примесью неодима. //Кристаллография, 1969, т.14,вып.6,с.1115-1116

208. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. Мир, М., 1974, 536 с.2fS

209. Гилман Дж., Джонстон Г., Сире Дж. Сб. Элементарные процессы роста кристаллов. И.Л., 1959, 320 с.

210. Вахидов А. Радиационно-стимулированные явления. //Сб. Радиационные эффекты в монокристаллах. ФАН УзССР, Ташкент, 1973, 197 с.

211. Вансовсий C.B. Магнетизм микрочастиц. М., Наука, 1973

212. Багдасаров Х.С. Проблемы синтеза крупных тугоплавких оптических монокристаллов. //Сб. Рост кристаллов, т.11, Ереван, 1975.

213. Иванов Г.Г., Ковалева Н.С. Вхождение и распределение РЗЭ в кристаллах АИГ. //Сб. Монокристаллы и техника, Харьков, 1970, вып.З, с. 121-127

214. Багдасаров Х.С., Дедух Л.М., Жижейко И.А. и др. Исследование дислокационной структуры и оптических неоднородностей монокристаллов АИГ. //Кристаллография, 1970, т. 16, вып.2, с.334-400

215. Скорнякова К.П., Письменный В.А. Морфология кристаллов АИГ и ее связь с условиями роста. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1979.

216. Петросян А.Г., Багдасаров Х.С., Бужаева Т.И. и др. Зависимость коэффициента распределения неодима в монокристаллах АИГ от условий кристаллизации. //Кристаллография, 1975, т.20, вып.5, с. 10891090.

217. Мейльман М.Л., Коломийцев А.И., Володина И.С. и др. Определение концентрации неодима в АИГ методом абсорбционной спектрофотометрии. //Прикладная спектроскопия, М., 1982, т.38, №5, с.755-759

218. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Иванов А.О. Зависимость субструктуры кристаллов АИГ от условий выращивания. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 19812*3

219. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т. Аксеновских А .Я., Письменный В.А. Распределение примеси неодима в кристаллах АИГ, полученных способом направленной кристаллизации. //Сб. Физика кристаллизации, КГУ, Калинин, 1990, с.65-70

220. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Иванов O.A. Зависимость дефектности монокристаллов АИГ с примесью неодима от условий выращивания. //Материалы научно-практической конференции по физике и химии твердого тела, Челябинск, 1981, с.35-36

221. Клещев Г.В., Шумилов Д.В., Парфенов А.Г. и др. О модулированной структуре в сплавах. //Сб. Физика твердого тела, 1969, т.11, с.3587-3589

222. Брызгалов А.Н., Эмирбеков Э.Т., Письменный В.А. Распределение примеси неодима в кристаллах АИГ, полученных способом направленной кристаллизации. //Сб. КГУ, Калинин. 1990, с.65-69

223. Багдасаров Х.С., Карпов И.И., Гречушников Б.Н. Выращивание кристаллов АИГ. //Обзор по электронной технике. Квантовая электроника, М., 1976, сер. 10, вып.1, 96 с.

224. Фридель Дислокации. М., 1967, 664 с.

225. Рид В.Т. Дислокации в кристаллах. М., 1957.

226. Гилман Дж., Джонстон В. Зарождение и рост полос скольжения в кристаллах фтористого лития. //В кн. Дислокации и механические свойства кристаллов. М., 1960, с.82-116

227. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. М., ВШ, 1983, 143 с.

228. Смирнов Б.И. Дислокационная структура и упрочнение кристаллов. //Наука, 1981,215 с.

229. Кабрера Н., Кальман Р.В. Теория и практика выращивания кристаллов. Металлургия, М., 1968, с.9

230. Чернов A.A. Теория устойчивости гранных форм роста кристаллов. //Кристаллография, 1971, т. 16, вып.4, с.842-863.но

231. Джексон К., Ульман Д., Хант Дж. О механизме роста кристаллов из расплава. //Сб. Проблемы роста кристаллов, Изд. Мир, М., 1968.

232. Трейбус Е.Б. Термодинамическая трактовка неравновесных форм кристаллов. //Кристаллография, 1967, т. 12, вып.З

233. Пригожин И. Введение в термодинамику неравновесных процессов. М., 1960.

234. Сыркин Я.К. Эффективные заряды и электроотрицательность. //Успехи химии, 1962, т.31, вып.4, с.397-416

235. Mackenzie I.D., J.L. White The Si-O-Si Angle and the structure of vitreaus silica. //J. Cer. Soc., 1960, vo.43, №3, p.170-171

236. Ушакова В.И., Клементьев B.A., Зацепин А.Ф. Анизотропия экзоэммисионных свойств кристаллов кварца. //Сб. Радиационные стимулированные явления в твердых тела. Свердловск, УПИ, 1982, вып.4, с.63-66

237. Дэна Дж. Дэна Э.С. ,Фридель К. Система минералогии. Т.З, Минералы кремнезема. М., Мир, 1966

238. Танеев И.Г. К вопросу о механизме миграции кремнезема в гидротермальных растворах. //ДАН СССР, 1974, т.24, №5, с. 1175

239. Марфутин А. С. Спектроскопия, люминесценция и радиационные спектры в минералах. М., Наука, 1975, с.57-72

240. Harrison W.A. Electronic ctructure and the propertes of solids. //San-Francisco, 1980, p.257-290

241. Gilbert T.L, W.J. Stevens Chemical Bonding effects in the К a X-ray emission Bonds of Silicat. //Phys. Rev., 1973, Bd.8, №12, p.5977-5998

242. Pantelides S.J., W.A. Harison Electronic structure, spektra and properties of 4:2- coordinated materias. Cristalline and amorphaus Si02 and Ge02. //Phys. Rev, 1976, vol.13, №6, p.2667-26892Ы

243. Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Фейнмановские лекции по физике. М.: Мир, 1966.- т.7, с.54-62.

244. Кэди У. Пьезоэлектричество и его практическое применение. М.: И. Л., 1949,с.92-118.

245. Авторское свидетельство №1550943 на изобретение: «Способ выращивания монокристаллов кварца». СССР, 1989. Автор Брызгалов А.Н. и др. Заявители: Ленинградский институт точной механики и оптики, Челябинский государственный педагогический институт.

246. Авторское свидетельство №1651603 на изобретение: «Способ обработки кристаллов алюмоиттриевого граната», СССР, 1991. Автор: Брызгалов А.Н. и др. Заявители: Челябинский государственный педагогический институт.