РАЗДЕЛ 2
ВЫРАЩИВАНИЕ КРИСТАЛЛОВ, ПРИГОТОВЛЕНИЕ ОБРАЗЦОВ
И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Подготовка сырья и выращивание кристаллов
В работе исследовались монокристаллы NaI(Tl), CsI(Na) и CsI(Tl), большая часть из которых была выращена в НИО ЩГК НТК "Институт монокристаллов" автоматизированным методом вытягивания на затравку в конусном тигле с подпиткой расплавленным сырьём на установках типа "Кристалл" [111]. Обычный размер монокристаллических буль составлял ?250?340 мм. Процессы выращивания кристаллов CsI(Tl) и CsI(Na) описаны в работах [112, 113].
Большая часть неактивированных кристаллов CsI была выращена модифицированным методом Киропулоса с подпиткой (или без подпитки) растущего кристалла порошкообразным сырьем [114]. Контрольные образцы небольшого размера (?40?70 мм) были выращены методом Стокбаргера в вакуумированных кварцевых ампулах, основные моменты процесса описаны в [33].
В силу гигроскопичности, исходное сырье NaI и CsI перед выращиванием кристаллов проходило обязательную двухстадийную операцию дегидратации. На первой стадии соль дегидратировалась в вакуум-сушильном шкафу в процессе ступенчатого нагрева и выдержки при температурах: 80°С (температура, соответствующая удалению кристаллизационной воды NaI*H2O) и 150°С (второй пик десорбции воды) [91]. На второй стадии соль подвергалась высокотемпературной обработке в кварцевых ампулах, при этом технологический процесс отличался для NaI и CsI.
Для CsI он производился при температуре 200°С с целью дополнительного удаления влаги. Для NaI процесс термообработки заключался в нагреве и прокалке соли в вакууме при 550°С и дальнейшей обработке прокаленной соли смесью газов (аргона и кислорода) при этой же температуре с последующей откачкой ампулы. Такой режим был обусловлен необходимостью удаления термически неустойчивых продуктов разложения кислородсодержащих примесей и продуктов сгорания органических примесей [115].
2.2. Обработка кристаллов и подготовка образцов
Выращенные кристаллические були разрезались на заготовки методом направленного растворения на нитяной пиле, конструкция которой подробно описана в работе [116]. Вырезались заготовки для детекторов диаметром 30 мм, высотой 5 и 30 мм.
Заготовки из кристаллов NaI(Tl) доводились в размер на полировальном станке, вращающийся диск которого был обернут мягким сукном, смоченным дистиллированной водой. Затем кристаллы высушивали в "сухой" комнате при относительной влажности ? 5% и окончательно полировали на смеси этилового и изобутилового спиртов. После обработки кристаллы упаковывали в герметичные контейнеры с отражателем MgO и выходным окном из кварца марки КУ, либо стекла марки К8. При изготовлении детекторов размером ?30?5 мм оптический контакт между кристаллом и стеклом не применялся, для детекторов ?30?30 мм в качестве оптического контакта использовался силиконовый клей.
Для изготовления рентгеновских детекторов использовались ориентированные кристаллы NaI(Tl) с содержанием таллия ~ 1,1?1019 см-3. Из циллиндрических заготовок диаметром 20 мм (с плоскостью спайности, перпендикулярной оси) и высотой ~ 60 мм выкалывались детекторы толщиной (1,8-2,0) мм, которые затем были упакованы в контейнеры с бериллиевым входным окном.
Образцы CsI(Na) и CsI(Tl) также вырезались из кристаллических буль на нитяной пиле. Дополнительно определялась кристаллографическая ориентация и проверялось структурное совершенство заготовок: блочные или напряженные заготовки браковались. Все образцы были отполированы либо на вращающемся, либо на неподвижном диске, обтянутом мягкой замшей. В последнем случае контролировалось удельное давление, величина которого не превышала значения 2 г/мм2. Эксперименты проводились как с неупакованными кристаллами - в условиях 5%- или 30%- влажности, так и с кристаллами, упакованными в контейнеры стандартным образом.
В специально оговоренных случаях применялась более грубая механическая обработка поверхностей: токарная, фрезерная и шлифование на абразивных порошках различной дисперсности.
2.3. Исследования структуры и фазового состава поверхности
Состояние и дислокационная структура поверхности исследовались оптическими методами, фазовый состав - методами электронной микроскопии, рентгеновского фазового (РФА) анализов, а также методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС).
2.3.1. Метод РФЭС
Метод РФЭС применялся для исследования распределения примеси натрия по глубине кристаллов CsI(Na). Основанием для постановки задачи были результаты [43] о концентрационном профиле натрия у поверхности, полученные методом масс-спектрометрии. Мы ожидали, что с увеличением содержания натрия в кристалле профиль его распределения в пределах формирующегося МС будет становиться круче.
Результаты, полученные с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра XPS-800 Kratos, подтвердили данные [43] даже численно (рис.2.1, а, кривая 1). (Для сравнения на рис. 2.1, б приведены данные, полученные методом масс-спектрометрии [43]). Оказалось, что профиль CNa(d) не зависит от содержания натрия в CsI(Na), более того, аналогичная кривая была получена и для "чистого" CsI (рис.2.1, а, кривая 2). Химическое стравливание поверхности с применением особо чистых растворителей не изменило ситуации. Скорее всего, это связано с распространённостью натрия в природе и оседанием его мик-
рочастиц на любой свободной поверхности [117]. Сходный характер кривых CNa(d), не зависящий от содержания Na в кристалле и хорошее численное совпадение результатов, полученных методами РФЭС и масс-спектрометрии [43], привели нас к заключению, что наблюдаемое увеличение CNa у поверхности не связано с его диффузией из глубины кристалла за времена порядка 2-3 дней.
2.3.2. Электронно-микроскопические исследования
Исследования проводили на сканирующем электронном микроскопе ISM-820 c системой энергетического дисперсионного микроанализа "Link AN 10185S". В режиме отражённых электронов, который обес
- Киев+380960830922