Способ получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка


 


Владельцы патента RU 2516557:

Смирнова Елена Ивановна (RU)
Товмасян Владимир Михайлович (RU)

Изобретение относится к области технологии материалов для оптоэлектроники конструкционной оптики, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов ИК-техники. Способ включает подготовку шихты на основе селенида цинка, помещение ее в реактор, вакуумирование до давления 10-5-10-4 мм.рт.ст., нагрев зоны испарения реактора до температуры испарения, пропускание паров ZnSe через фильтр с последующим их осаждением на подложку, имеющую температуру ниже температуры испарения, и последующие охлаждение реактора с заготовкой до комнатной температуры, при этом в качестве шихты используют смесь селенида цинка с элементарным селеном при следующих масс %: селенид цинка - 90-99, элементарный селен - 1-10, зону испарения реактора нагревают до температуры испарения 1000-1200°С, охлаждение ведут со скоростью 25-30°С/ч. Изобретение позволяет получать материал с контролируемым стехиометрическим соотношением элементов и высоким оптическим качеством заготовок, обладающих низким поглощением в рабочем диапазоне. 1 табл.

 

Изобретение относится к области технологии материалов для оптоэлектроники конструкционной оптики, а именно к способу получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка.

Предлагаемый способ может быть использован для изготовления оптических элементов ИК-техники, которые используются в различных отраслях промышленности.

Известен способ получения ОПМ на основе ZnSe методом вакуумной сублимации при температуре испарения 1000°С и давлении 10-2 мм рт.ст., с фильтрацией паров через пористый материал и температурах конденсации 600-900°С со скоростью ~0,54 мм/ч (А.с. СССР №844609, кл. C04B 35/00, 1979).

Полученный таким образом ОПМ на основе ZnSe обладает спектральным пропусканием 65-70% в ИК-области спектра на длине волны 10 мкм при толщине образца 5 мм. Плотность образцов составляет 99,5-99,9% от теоретической.

Недостатком данного способа является высокое значение коэффициента поглощения в ИК-области спектра на рабочей длине волны.

Известен способ получения ОПМ на основе ZnSe из паровой фазы, путем помещения исходного порошкообразного селенида цинка в реактор, вакуумирования до 5-10-3 Па, нагрева зоны испарения реактора до 940-980°С, пропускания паров ZnSe через фильтр с последующим их осаждением на подложку, имеющую температуру на 70°С ниже температуры испарения. Осаждение осуществляют со скоростью 0,4-0,8 мм/ч в течение времени, необходимого для достижения требуемой толщины заготовки. Далее реактор с заготовкой охлаждают до комнатной температуры со скоростью 20-25°С/ч (АС СССР №1617853, кл. C04B 35/00, 1987).

С целью увеличения светопропускания в области 8-12 мкм, прошедший механическую обработку образец дополнительно подвергают термообработке путем нагрева в вакууме, в инертной или восстановительной среде при температуре 700-900°С в течение 6-20 ч. Величина спектрального пропускания в области 8-12 мкм составляет 68-71%.

Однако известный способ обладает рядом недостатков, а именно

- трудоемкость и продолжительность процесса,

- недостаточно низкая величина коэффициента поглощения на длине волны 10,6 мкм.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, включающий помещение исходного сырья в реактор, вакуумирование до давления 10-5-10-4 мм рт.ст., нагрев зоны испарения реактора до температуры испарения, пропускания паров селенида цинка через фильтр, осаждение паров селенида цинка на нагретую подложку, последующее охлаждение реактора с заготовкой до комнатной температуры (см. патент РФ 2019586 по кл. C30B 23/00, 1992 г.).

В известном способе в качестве исходного материала используют селенид цинка, содержащий кремний в количестве (2-6)×10-3 мас.%.

Недостатком известного способа является недостаточно высокая прозрачность в ИК-области спектра.

Техническим результатом, решаемым предлагаемым изобретением, является создание способа получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, позволяющего снизить величину коэффициента поглощения ОПМ на длине волны 10,6 мкм и трудоемкость процесса осаждения ZnSe.

Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием способа получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, включающего подготовку шихты на основе селенида цинка, помещение ее в реактор, вакуумирование до давления 10-5-10-4 мм рт.ст., нагрев зоны испарения реактора до температуры испарения, пропускания паров ZnSe через фильтр с последующим их осаждением на подложку, имеющую температуру ниже температуры испарения и последующее охлаждение реактора с заготовкой до комнатной температуры, в котором, согласно изобретению, в качестве шихты используют смесь селенида цинка с элементарным селеном при следующих мас.%:

Селенид цинка 90-99
Элементарный селен 1-10,

а зону испарения реактора нагревают до температуры испарения 1000-1200°С, при этом охлаждение ведут со скоростью 25-30°С/ч.

Преимуществом данного способа является возможность получения материала с контролируемым стехиометрическим соотношением элементов и высоким оптическим качеством заготовок, обладающих низким поглощением в рабочем диапазоне.

Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков, в аналогичных способах получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, т.е. предлагаемое решение соответствует критерию «новизна».

При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся получением оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, оно явным образом не следует из уровня техники и следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность предлагаемого способа получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка поясняется лучшим примером его выполнения.

Сначала готовят шихту на основе селенида цинка, содержащую селенид цинка в количестве 95,5%, и элементарный селен в количестве 4,5%, помещают ее внутрь реактора.

Реактор должен быть выполнен из графита и пропитан пироуглеродом для предотвращения отрыва частиц графита и попадания их в конденсат.

Используемая шихта может быть в виде или порошка, или гранул, или мелких кусков в зависимости от технологических возможностей предприятия.

Между исходным сырьем и подложкой создают перепад температур 200°С путем установления температуры конденсации 950°С и испарения 1150°С.

Пары вещества конденсируют, пропуская их через фильтр, на менее разогретую, по сравнению с источником вещества, подложку, где с течением времени конденсируется слой ZnSe необходимой толщины (обычно - от 5 до 25 мм).

Условия получения ОПМ на основе ZnSe конденсацией из паровой фазы приведены в таблице.

Как видно из таблицы, улучшение оптических характеристик образцов достигают за счет улучшения стехиометрии полученного вещества и выбора оптимальных температурно-временных режимов.

При температурах испарения менее 1000°С скорость испарения низкая, что ведет к значительному увеличению длительности процесса, т.е. к низкой производительности.

При температурах испарения более 1200°С качество материала ухудшается за счет захвата потоком пара частиц порошка и попадания их в конденсат. Получаемый материал имеет пористую структуру.

При скоростях охлаждения 25-30°С/ч образцы не содержат термических напряжений.

Увеличение скорости охлаждения образца более 30°С/ч вызывает появление напряжений и растрескивание образца.

Уменьшение скорости охлаждения образца менее 25°С/ч вызывает появление перекристаллизации материала.

Материал, полученный предлагаемым способом получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, был испытан, и получены следующие результаты.

Таблица
№ п/п Состав исходного сырья, мас.% Химический состав образца, мас.% Коэффициент поглощения при λ=10,6 мкм, см-1 Внешний вид
1 ZnSe Zn - 45,50% 8×10-3 Зеленоватый
(без добавок) Se - 54,50%
2 ZnSe - 99% Zn - 45,40% 5×10-3 Зеленовато-желтый
Se - 1% Se - 54,60%
3 ZnSe - 95% Zn - 45,30% (5-8)×10-4 Желтый
Se - 5% Se - 54,70%
4 ZnSe - 90% Zn - 44,90% 4×10-5 Зеленовато-желтый
Se - 10% Se - 55,10%

Способ получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка, включающий подготовку шихты на основе селенида цинка, помещение ее в реактор, вакуумирование до давления 10-5-10-4 мм.рт.ст., нагрев зоны испарения реактора до температуры испарения, пропускание паров ZnSe через фильтр с последующим их осаждением на подложку, имеющую температуру ниже температуры испарения, и последующие охлаждение реактора с заготовкой до комнатной температуры, отличающийся тем, что в качестве шихты используют смесь селенида цинка с элементарным селеном при следующих масс.%:

селенид цинка 90-99
элементарный селен 1-10,

а зону испарения реактора нагревают до температуры испарения 1000-1200°С, при этом охлаждение ведут со скоростью 25-30°С/ч.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области технологии оптических сред, а именно к технологии получения поликристаллических оптических материалов, прозрачных для видимого и ИК-излучения в широком диапазоне спектра.

Изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптическим материалам, применяемым в устройствах и приборах инфракрасной техники, и может быть использовано для изготовления защитных входных люков (окон), обеспечивающих надежное функционирование приборов.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов Cd1-xZnxTe (CZT), где 0 x 1 из расплава. .

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения полупроводниковых кристаллов из расплавов для создания структурно-совершенных монокристаллических подложек, и может быть использовано при формировании эпитаксиальных структур и приготовлении рабочих тел электрооптических модуляторов, работающих в ИК-области спектра.

Изобретение относится к технологии производства кристаллов теллурида кадмия, которые могут быть использованы в радиолокационной технике, а также для изготовления элементов инфракрасной оптики.
Изобретение относится к способам обработки массивных (диаметром до 200 мм) оптических элементов из селенида цинка, используемых в качестве пассивных оптических элементов высокомощных СО 2-лазеров и других приборов, работающих в ИК-диапазоне длин волн.
Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов и может быть использовано в полупроводниковых нанотехнологиях. .

Изобретение относится к технологии выращивания монокристаллов Cd1-xZnxTe, где 0 x 1 из расплава под высоким давлением инертного газа. .
Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых приборов и может использоваться для получения объемного материала с высокой механической твердостью.
Изобретение относится к области технологии оптических сред, а именно к технологии получения поликристаллических оптических материалов, прозрачных для видимого и ИК-излучения в широком диапазоне спектра.

Изобретение относится к устройствам, специально предназначенным для выращивания поликристаллического кремния, а именно к системе охлаждения колпака реактора для выращивания поликристаллического кремния, преимущественно путем осаждения из газовой фазы на подогреваемые стержневые подложки (основы).

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению исходного поликристалличсского кремния осаждением на нагретые стержни (основы) в процессе водородного восстановления хлорсиланов.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению исходного поликристаллического кремния осаждением на нагретые стержни (основы) в процессе водородного восстановления хлорсиланов.

Изобретение относится к получению полупроводниковых материалов, в частности к получению стержней поликристаллического кремния как исходного сырья для выращивания монокристаллов кремния.

Изобретение относится к области получения поликристаллических тел из газовой фазы и может быть использовано для получения изделий из металлов, в частности из кальция или магния, имеющих высокое давление паров.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в физике конденсированного состояния, приборостроении, микроэлектронике, термоэлектричестве для получения тонкопленочных образцов твердого раствора висмут-сурьма с совершенной монокристаллической структурой.

Изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптическим материалам, применяемым в устройствах и приборах инфракрасной техники, и может быть использовано для изготовления защитных входных люков (окон), обеспечивающих надежное функционирование приборов.

Изобретение относится к технологии получения многокомпонентных полупроводниковых материалов. .

Изобретение относится к устройствам для получения твердых растворов карбида кремния с нитридом алюминия, используемых в производстве силовых, СВЧ- и оптоэлектронных приборов, работающих при высокой температуре и в агрессивных средах.

Изобретение относится к способу получения биоактивных кальций-фосфатных покрытий и может быть использовано при изготовлении ортопедических и зубных протезов. .
Наверх