Untersuchung der Lösungs- und Kristallisationsgleichgewichte als Grundlage für die ammonothermale Kristallzüchtung von Nitriden

Ziele

Die Kenntnis des Löslichkeitsverhaltens von GaN in der ammonothermalen Synthese ist die entscheidende Voraussetzung, um den Prozess beherrschen, kontrollieren und bei optimalen Bedingungen betreiben zu können. Das Ziel dieses Teilprojektes ist die optimalen Parameter zur Löslichkeit von GaN im basischen ammonothermalen System zu bestimmen. Der Schwerpunkt liegt darin klarzustellen, ob die Löslichkeit sich bei einem konstanten Füllgrad und Mineralisator-Menge retrograd verhält. Des Weiteren werden Parameter sowie Füllgrad, Temperatur, Mineralisatormenge und Reaktionszeit nach Sinnhaftigkeit untersucht und optimiert.

Hinzukommend soll sowohl quantitativ, als auch qualitativ gezeigt werden, dass während des Prozesses die thermische Zersetzung des Lösungsmittels Ammoniak im signifikanten Ausmaß auftritt. Dadurch wird eine Grundlage für weiterführende Arbeiten geschaffen, die ausgehend von den Ergebnissen motiviert sind, den Einfluss der thermischen Ammoniakzersetzung auf den Ammonothermalprozess zu analysieren.

In der ersten Projektphase wurde ein Prototyp des Doppelreaktors entwickelt, um die Probenentnahmetechnik zu erlernen und zu optimieren. In den Projektjahren vier bis sechs soll mit der entwickelten Probenentnahmetechnik im Doppelreaktor Löslichkeitsdaten generiert und daraus Erkenntnisse und Optimierungsansätze für das Ammonothermalverfahren erhalten werden.

Mittels Messung Ultraschallgeschwindigkeit lassen sich Konzentration und Dichte von Prozessflüssigkeiten bestimmen. Dies kann aus dem Zusammenhang zwischen der Ultraschallgeschwindigkeit und der Konzentration jeweils über eine Kalibrierkurve realisiert werden. Da diese Messungen auch durch die Wände hindurch möglich sind, sollte mittels der  Messung von Ultraschallgeschwindigkeit  eine in situ Verfolgung von Kristallisationsvorgängen auch in einem Autoklaven möglich sein. Als eine alternative direkte Messmethode wird in der zweiten Projektphase angestrebt, Stoffparameter wie Löslichkeit und Dichte über die in situ Messung der Ultraschallgeschwindigkeit zu bestimmen.