Croissance en surfusion et germination spontanée - cristech

Laboratoire MatériauxUniversity
Optiques,
et Systèmes – CNRS UMR 7132
of MetzPhotonique
and Supélec
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Croissance en surfusion
et germination spontanée
du métaborate de baryum
β-BBO
Alain Maillard
Cristech 2008 Oléron 6- 8 octobre
• Le métaborate de baryum BaB2O4fait partie
des quelques cristaux pour l’UV.
Par mélange d’onde jusqu’à λ =186 nm*.
Plus communément 266 nm, 244 nm etc.
• Actuellement 2 techniques de croissance
En solution, flux de Na2O (la plus utilisée)
Czochralski en surfusion.
* Kouta H. Opt.Lett. 24-17 (1999)1230
METHODES DE CROISSANCE
• Diagramme de phase
• TSSG
• Utilisation d’un solvant.
• Composition du bain:
22 à 31% de Na2O.
• Tirage à 0,5 mm/jour.
• Cz
• Surfusion.
• Composition : BaB2O4.
• Tirage à 0,5 mm/heure.
Huang Q.Z. et.al. Acta Physica Sinica 30-4(1981) 559
ETAT DYNAMIQUE DU BAIN
Vue de dessus de la
surface libre du bain.
Chauffage inductif en
creuset de platine
Paramètres :
position creuset = 41 mm
tension = 3354 V
1200
Pente interne = 24,3°/cm
1100
Température [°C]
1000
Pente ext = 550°/cm = 55°/mm
900
800
Pente sortie=44,4°/cm
700
600
500
20
40
60
80
100
Thermocouple position relative[mm]
120
Les mouvements de convection réguliers
témoignent de la présence de forts gradients
thermiques verticaux et radiaux.
Qualité du Cz-BBO
• Vitesse de tirage 24 x plus grande.
• Pas de solvant => source d’impureté en moins.
• Un traitement thermique atténue les centres
diffusants.
• Coefficients d’absorption décalé vers les courtes
longueurs d’onde.
Inconvénient majeur : germination très susceptible.
Fusion partielle
du germe.
Traitement des germes à l’acide
orthophosphorique
Dans le bain en surfusion la
fusion partielle du germe est
impossible. Afin de limiter la
prolifération de défauts à
partir du germe celui si est
poli chimiquement.
Li2B4O7
Cz-BBO
TSSG
CZ
LMOPS Metz
LPM Nancy
Tsvetkov E.G.
JCG 275,1-2 (2005) 53
Kohk A.E.
Kouta H.
JCG 275,1-2 (2005) 669
JCG 166(1996)497
Fujian Castech Crystal
Chine
Cristal Laser
Oxide Japan
germination spontanée
ou presque 10 µg.
• La germination détermine la qualité du cristal.
• Travaux sur KNbO3 et Tungstate KY(WO4)2
Gérard Métrat au Laboratoire de Physico Chimie des
Matériaux Luminescents LPCML Lyon.
KY(WO4)2 Métrat G. JCG 197 (1999) 883
KNbO3 Kalisky Y. Métrat G. et al.
Opt.Comm. 225 (2003) 377
Seule la tension de surface maintien le cristal à la surface.
Application à BBO
• La densité du bain a été mesurée*
ρ = 4,453 - 0,000545 x (T+273) T en °C
ρ = 3,707 à T=1095°C
Densité BBO solide 3,849 à T=20°C
Coefficient de dilatation thermique
a : 4 10-6/K
c : 36 10-6/K => densité BBO solide
3,732 à T=1050°C
3,679 à T=1050°
Le cristal flotte sur le bain ce que nous vérifions plus simplement en
laissant tomber un morceau de cristal suffisamment gros dans le
bain.
* Xinming Huang et al. JCG165(1996)413
Fusion Germination
Fusion apparition de bulles.
Apparition d’un cristal surnageant.
Mouvements de convection.
Le cristal est au centre du bain.
Symétrie C3v
Le cristal est récupéré à la cuillère.
La surface n’est pas lisse
elle semble être attaquée.
Taille: 5 x 1 mm
Objectif : récupération et tirage du cristal.
La technique développée pour KNbO3 et KY(WO4)2 consiste à aspirer le
cristal à l’aide d’un tube de platine. Puis de tirer le cristal, cette opération
est facilité par la flottabilité de BBO dans le bain.