Способ обработки кристаллов силиката висмута @ @

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ КРИСТАЛЛОВ СИЛИКАТА ВИСМУТА, , включающий облучение их поверхностей ионами , о тличающийся тем, что, с целью повьшения оптической прозрачности при сохранении фотопроводимости , облучение ведут иона- . ми неона Ne дозой

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 2876 A

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3544563/23-.26 (22) 21.12.82 (46) 30.03.84. Бюл. Ð 12 (72) Н.А. Генкина, Э.В. Шитова, Ю.Д. Панков и П.Х. Мусаев (71) Горьковский исследовательский физико-технический институт при

Горьковском государственном университете им. Н.И. Лобачевского (53) 621 ° 315.592(088.8) (56) 1. Александров К..С., Анистратов А.Г., Грехов Ю.Н. и др. ".Автометрия", 1980, 1, 99.

2. Гудаев О.А.. "Автометрия", 1980, 1, 76.

3. Hou S.Ь. at а1. — "I. Арр1.

Phys". 1973, 44. 6, 2652 (п))ототип).

g 1) С 30 В 33/00 С 30 В 29 4 (54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КРИСТАЛЛОВ СИЛИКАТА ВИСМУТА, Bi SiO, вклю-

20 чающий облучение их поверхности ионами, отличающийся тем, что, с целью повышения оптической прозрачности при сохранении фотопроводимости, облучение ведут кона-, ми неона Ne+ дозой (2,515)-10 ион/см с энергией 30-40 кэВ.

1082876

Изобретение относится к способам обработки поверхности оптических материалов и может быть использовано при изготовлении активных элементов памяти в системах оптической обработки информации.

Оптические методы обработки информации, основанные на использовании когерентных световых полей, имеют ряд существенных преимуществ перед электронными методами, особенно при решении задач,. связанных с необходимостью переработки и хранения больших массивов информации.

Одной из главных причин, сдержи- вающих широкое практическое использование оптических методов обработки информации, является -отсутствие электрооптических материалов с достаточной оптической прозрачностью..

Так, в устройствах типа PROM(Pockels

Readout Optical Mobulator)- пространственно-временных модуляторах света в качестве элементов памяти используют кристаллы силиката висмута, обладающие электрооптическими и фотопроводящими свойствами.

Недостатком этих кристаллов является малое (50-52X) оптическое пропускание в рабочем диапазоне 400700 нм. Чтобы снизить поглощение света в кристаллах силиката висмута, пластины из этого материала; предназначенные для использования в

PROM-структурах, делают очень тонкими,, толщиной примерно 0,25 мм.

Это приводит к тому, что в процессе изготовления элементов памяти кристаллы часто ломаются и выход готовых элементов памяти составляет менее 207 от затраченного количества кристаллических пластин. Это,в свою очередь, учитывая высокую стоимость производства этих кристаллов, резко увеличивает стоимость элементов памяти.

Известно, что с целью повьппения прозрачности кристаллов силиката висмута при выращивании их из расплава методом Чохрадьского в шихту вводят окислы А1 Q и В О5в концен трациях до 0,5 вес.X. В зависимости от содержания примеси алюминия или бора кристалл изменяет окраску от желтой до бесцветной коэффициент поглощения при этом изменяется.. При содержании в пределах 0,075-1 "

0,100 вес.Х происходит уменьшение коэффициента поглощения от 13,70,8Х при длине волны и =441,6 нм (1).

Фотопроводимость слаболегированного материала практически не ухудшается по сравнению с нелегированнымн, пока последование ведется вдали от области поглощения. При облучении структуры светом в области плеча поглощения проводимость чистого кристалла увеличивается значительно сильнее, чем проводимость легированного (2 g.

Таким образом, введение примеси снижает величину фотоотклика, что

15 нежелательно, когда силикат висмута используется как фотопроводящий материал, например, в пространственно временных модуляторах света.

Наиболее близким к предлагаемому

20 является способ обработки кристаллов силиката висмута, заключающийся в том, что кристаллы силиката висмута, как и кварца, ниобата лития и германата висмута облучают ионами Li+, 25 Ве+, Не+, В+ P дозами 10"бион/см с .энергией 52-100 кэВ, при этом в имплантированном слое происходит структорное разупорядочение, приводящее к образованию аморфного, слоя.

Обработку производят для улучшения акустических свойств кристаллов. Данные об изменении оптических характеристик,не приведены ГЗ 3. . Однако для просветления кристаллов известный способ непригоден в результате того, что дозы, которые в нем используются (10 "Ь ион/см ), приводят к аморфизации поверхностного слоя. Образование аморфного слоя

40 не только не приводит к просветлению кристалла, но и снижает оптичес-. кое пропускание. Основные положения, просветляющей оптики требуют, чтобы глубина слоя, обеспечивающего прос1 1

45 ветление, составляла - il, что дости-, 4 гается выбором определенной энергии.

Величины энергий, которые применяются в способе (2 ), дают глубину нарушенного слоя (1-2,5 3). Использо50 . вание активных элементов типа Ве+, Li, В, P уменьшает фотопроводи° . + + мость в области плеча поглощения, изменяет химический состав поверхностного слоя кристаллов. Применение ионов Не в дозах 10 " ион/см требует либо длительного времени облучения (порядка нескольких часов), что нетехнологично, либо. высоких I082876

Таблица1

Доза облучения

Ne+ ион/см

Время облучения, с . "1, Увеличение фотопроводимости по отношению к исходной, Ж

Пропускание при Л = 640 нм

Необлученные образцы

10

40

80

180

12

200

300

55

400

Та блица 2

Увеличение фотопроводимости по отношению к исходной, 7

Время облучения, с Пропускание при Д = 640 нм

Доза облучения

Ar+ ион/см

3,0 ° 10

3,0 10

5,0 10

10

200

300 плотностей ионного тока, что вызывает локальные перегревы и ухудшение пропускания.

Цель изобретения — повышение оптической прозрачности при сохранении фотопроводимости материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки

KpHCTcLJlJIOB CBJIHKBTct висмута Bi 1281020

Р включающему облучение их поверхности 10 ионами, облучение ведут ионами нео .— на Ие+ дозой (2,5+5) 10 ион/см с энергией 30-40 кэВ.

Способ осуществляют следующим образом. 13

6,25 10

6,25 ° 10

4,00 ° 10"

2,50 10

40У 1016

5,00-10

5,50 ° 10, 6,25-10"

Пластины, вырезанные из кристал-лов силиката висмута ориентации (100), облучают в ускорителе ИЛУ-2 ионами инертных газов Не, Ne+, Ак+ дозами 6,25>10 -10 1 ион/см энергией 20-40 кэВ, после чего измеряют оптическое пропускание на приборе .

СФ-26, а та%же фотопроводимость (на постоянном токе с помощью электрометрического усилителя).

В табл. 1-3 приведена зависимость пропускания и фотопроводимости от дозы облучения кристаллов силиката висмута ионами неона, аргона и гелия соответственно.

1082876

Т а б л и ц а 3

° .

Доза облучения

Не, ион/см

Время облучения, с

Увеличение фотопроводимости по отношению к исходной, Ж

Пропускание при 3 640 нм

Необлученные образцы

51,5

52,0

3, 0.1014

З,о 10«

200

350

46,0

400

10"6

48,0

45,0

1,3 10"

7 -10 "<

2,5 10

2,7.10(6

3,2 10

800

1000

44,0

45 0

2000

2500

44,0

45,0

2700

Таблица4.

52

58

61

11

12

48

После облучения пластин ионами

Ne+ наблюдают увеличение оптическо- 30

ro пропускания, максимальное в интервале доз 2,5"10" - 5 10"5ион/см с энергией 30-40 кэВ.

При дозах и энергиях,.лежащих вне указанного интервала, прирост оптического пропускания, выраженный в процентах, меньше.

При облучении ионами аргона ,(табл.,2) уже при малых дозах (3 -10 "ион/см ) происходит разру- 40 шение поверхностного слоя — поверхность становится металлизированной, что связано с выделением свободного висмута. Разрешение поверхностного слоя связано с большой (39) массой 4S бомбардирующего иона. Облучение ионами Не+ дозами, при которых может наступить просветление, требует либо нескольких часов, облучения, либо высоких плотностей ионного тока, что gp вызывает локальные перегревы и приводит к ухудшению пропускания (табл. 3).

В табл. 4 представлена зависимость пропускания и фотопроводимости от у энергии облучения ионами Ne+.

ВНИЮИ Зала 1687/27 Т .Фнлим ППП втейт, г.Ужг

Таким образом, результаты реализации способа показывают, что повышение оптической прозрачности при сохранении проводимости материала достигается при облучении ионами неона дозами 2,5. 10 " — 5 10. ион/cM и энергией 30-40 кэВ.

Предлагаемый способ обработки с сохранением фотопроводимости может найти применение при изготовлении элементов оптической памяти. ирш 352 Goymcaoe ород,. ул.Проектная, 4