Способ легирования кристаллов сульфида цинка железом или хромом

Авторы патента:

Колесников Николай Николаевич (RU)

Борисенко Елена Борисовна (RU)

Борисенко Дмитрий Николаевич (RU)

Тимонина Анна Владимировна (RU)

Фурсова Татьяна Николаевна (RU)

Хамидов Александр Михайлович (RU)

H01S3/162 - Лазеры, т.е. устройства для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующие стимулированное излучение электромагнитных волн с длиной волны большей, чем длина волны в ультрафиолетовом диапазоне (полупроводниковые лазеры H01S 5/00)

H01S3/16 - из твердых материалов

C30B29/48 - соединения типа A_IIB_VI

C30B13/10 - с добавлением легирующего материала

Владельцы патента RU 2755023:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области выращивания кристаллов. Способ легирования кристаллов сульфида цинка железом или хромом включает смешивание порошков сульфида цинка и порошка моносульфида легирующего металла с последующим выращиванием кристалла из расплава вертикальной зонной плавкой. Способ позволяет получать кристаллы ZnS с однородным распределением легирующей добавки по их длине и концентрацией легирующего металла (железа или хрома), совпадающей с его содержанием в исходной загрузке. 1 ил., 1 табл., 6 пр.

Изобретение относится к области выращивания кристаллов.

Кристаллы сульфида цинка, легированные железом или хромом применяются для изготовления пассивных модуляторов в резонаторах лазеров ближнего инфракрасного диапазона, а также для изготовления активных элементов таких лазеров.

Известен способ легирования кристаллов селенида цинка и сульфида цинка железом [S. Mirov, A. Gallian, A. Martinez, V. Fedorov. Saturable absorbers for Q- switching of middle infrared laser cavities. Patent Application Publication US 2080101423 A1] - аналог, в котором на поверхность кристаллического ZnSe или ZnS наносится пленка железа, а собственно легирование производится путем диффузионного отжига. К недостаткам этого способа можно отнести неоднородное распределение легирующей добавки по толщине изделия, характерное для диффузионных методов легирования, а также сложность многостадийного процесса, включающего рост кристалла, нанесение пленки железа и собственно диффузионное легирование.

Известен способ легирования кристаллов халькогенидов цинка хромом или железом [С.С.Балабанов, Е.М. Гаврищук, В.Б. Иконников, С.А. Родин, Д.В. Савин. Способ получения легированных халькогенидов цинка. Международная заявка WO 2016024877 А1]-прототип, в котором на поверхность халькогенида цинка наносят пленку хрома или железа, затем на этой пленке формируют слой халькогенида цинка методом химического осаждения из газовой фазы и полученную трехслойную структуру подвергают диффузионному отжигу. Основной недостаток этого способа - неоднородное распределение легирующей добавки по толщине изделия, характерное для диффузионных методов легирования. В легированных железом кристаллах сульфида цинка, полученных по способу-прототипу, отношение текущей концентрации металла (железа или кобальта) Сme к максимальной Сmax меняется на два порядка от края изделия к его середине даже при небольшой (5-8 мм) толщине изделия. К недостаткам способа-прототипа следует отнести и сложность многостадийного процесса.

Задачей предлагаемого решения является создание способа легирования кристаллов сульфида цинка железом или хромом, в котором распределение легирующей добавки в кристалле является однородным.

Поставленная задача решается в предлагаемом способе легирования кристаллов сульфида цинка железом или хромом за счет того, что легирующий металл добавляют в порошок сульфида цинка в виде порошка моносульфида железа или моносульфида хрома, а затем проводят выращивание кристалла вертикальной зонной плавкой.

Введение легирующих добавок в виде моносульфидов металлов обеспечивает валовое содержание железа или хрома в кристаллах совпадающее с содержанием добавок в исходной загрузке, что подтверждается данными, приведенными в Таблице, где концентрация Fe и Сr во всех случаях измерена в центре кристалла (как по длине, так и по радиусу). Это обусловлено близкими скоростями испарения ZnS, FeS и CrS, что предотвращает концентрирование или разбавление лигатуры в процессе роста за счет потерь ZnS на испарение, характерных для роста кристаллов ZnS из расплава.

Применение вертикальной зонной плавки позволяет выращивать кристаллы без радиального распределения легирующей добавки. При этом эффективные коэффициенты распределения железа, хрома и кобальта при вертикальной зонной плавке невелики, что обеспечивает не более чем двукратное изменение концентрации по длине кристалла в направлении роста, что экспериментально подтверждено в кристаллах длиной до 200 мм и диаметром до 40 мм.

Пример 1.

Порошки ZnS и FeS смешивают таким образом, чтобы концентрация железа в загрузке составляла 2,5×10¹⁷ см³. Полученную смесь порошков загружают в тигель и помещают в установку для выращивания кристаллов. Проводят процесс вертикальной зонной плавки. Выращенный кристалл извлекают, в середине кристалла (по длине) вырезают пластину толщиной 2 мм, которую полируют с двух сторон. Снимают спектр пропускания инфракрасного излучения пластинки и рассчитывают коэффициент поглощения на длине волны 2,8 мкм. Определяют концентрацию железа по зависимости коэффициента поглощения от концентрации. Найденная величина концентрации составляет 2,61×10¹⁷ см^-3 (Таблица, строка 1).

Пример 2.

Порошки ZnS и FeS смешивают таким образом, чтобы концентрация железа в за- грузке составляла 5,0×10¹⁸ см³. Полученную смесь порошков загружают в тигель и помещают в установку для выращивания кристаллов. Проводят процесс вертикальной зонной плавки. Выращенный кристалл извлекают, в середине кристалла (по длине) вырезают пластину толщиной 1 мм, которую полируют с двух сторон. Снимают спектр пропускания инфракрасного излучения пластинки и рассчитывают коэффициент поглощения на длине волны 2,8 мкм. Определяют концентрацию железа по зависимости коэффициента поглощения от концентрации. Найденная величина концентрации составляет 5,28×10¹⁸ см^-3 (Таблица, строка 2).

Пример 3.

Порошки ZnS и FeS смешивают таким образом, чтобы концентрация железа в загрузке составляла 1,0×10¹⁹ см³. Полученную смесь порошков загружают в тигель и помещают в установку для выращивания кристаллов. Проводят процесс вертикальной зонной плавки. Выращенный кристалл извлекают, в середине кристалла (по длине) вырезают пластину толщиной 0,5 мм, которую полируют с двух сторон. Снимают спектр пропускания инфракрасного излучения пластинки и рассчитывают коэффициент поглощения на длине волны 2,8 мкм. Определяют концентрацию железа по зависимости коэффициента поглощения от концентрации. Найденная величина концентрации составляет 1,21×10¹⁹ см³ (Таблица, строка 3).

Пример 4.

Порошки ZnS и CrS смешивают таким образом, чтобы концентрация хрома в загрузке составляла 2,5×10¹⁷ см³. Полученную смесь порошков загружают в тигель и помещают в установку для выращивания кристаллов. Проводят процесс вертикальной зонной плавки. Выращенный кристалл извлекают, в середине кристалла (по длине) вырезают пластину толщиной 2 мм, которую полируют с двух сторон. Снимают спектр пропускания инфракрасного излучения пластинки и рассчитывают коэффициент поглощения на длине волны 1,7 мкм. Определяют концентрацию хрома по зависимости коэффициента поглощения от концентрации. Найденная величина концентрации составляет 2,58×10¹⁷ см^-3 (Таблица, строка 4).

Пример 5.

Порошки ZnS и CrS смешивают таким образом, чтобы концентрация хрома в загрузке составляла 5×10¹⁸ см³. Полученную смесь порошков загружают в тигель и помещают в установку для выращивания кристаллов. Проводят процесс вертикальной зонной плавки. Выращенный кристалл извлекают, в середине кристалла (по длине) вырезают пластину толщиной 1 мм, которую полируют с двух сторон. Снимают спектр пропускания инфракрасного излучения пластинки и рассчитывают коэффициент поглощения на длине волны 1,7 мкм. Определяют концентрацию хрома по зависимости коэффициента поглощения от концентрации. Найденная величина концентрации составляет 5,21×10¹⁸ см^-3 (Таблица, строка 5).

Пример 6.

Порошки ZnS и CrS смешивают таким образом, чтобы концентрация хрома в загрузке составляла 1,0×10¹⁹ см³. Полученную смесь порошков загружают в тигель и помещают в установку для выращивания кристаллов. Проводят процесс вертикальной зонной плавки. Выращенный кристалл извлекают, в середине кристалла (по длине) вырезают пластину толщиной 0,5 мм, которую полируют с двух сторон. Снимают спектр пропускания инфракрасного излучения пластинки и рассчитывают коэффициент поглощения на длине волны 1,7 мкм. Определяют концентрацию хрома по зависимости коэффициента поглощения от концентрации. Найденная величина концентрации составляет 1,19×10¹⁹ см^-3 (Таблица, строка 6). На Фиг. 1 показаны (а) полированный образец из полученного кристалла ZnS:Cr и (б) оптические элементы, изготовленные из этого кристалла.

Способ легирования кристаллов сульфида цинка железом или хромом, отличающийся тем, что легирующий металл добавляют в порошок сульфида цинка в виде порошка моносульфида железа или моносульфида хрома, а затем проводят выращивание кристалла вертикальной зонной плавкой.

Способ может быть использован при дистанционной поверке ориентации оптической оси инфракрасного болометра и амплитудно-импульсных характеристик его электронного тракта в инфракрасной оптоэлектронике, системах поверки и настройки устройств быстродействующего теплового контроля скоростных объектов и визуального целиуказания инфракрасного луча.

Способ генерации непрерывного когерентного излучения с частотой 2,52 тгц // 2752019

Изобретение относится к квантовой электронике. Способ генерации непрерывного когерентного излучения терагерцового диапазона заключается в том, что осуществляют взаимодействие направленного возбуждающего излучения с активной средой образца; при этом в качестве упомянутой активной среды используют низкотемпературную плазму в газовой смеси ксенона с гелием, в которой нарабатываются метастабильные атомы ксенона в состоянии Xe(ls5); помещают упомянутую активную среду в терагерцовый резонатор; в качестве упомянутого направленного возбуждающего излучения используют излучение с длиной волны 980 нм или 904,5 нм, благодаря чему осуществляют оптическую накачку перехода в атомах ксенона, соответственно ls5 → 2р10 либо ls5 → 2р9 с последующей столкновительной релаксацией в состояние 2р10; получают упомянутое непрерывное когерентное излучение с частотой 2,52 ТГц, генерируемое на переходе 2р10 → ls2, вследствие инверсной заселенности состояний Хе(2р10) и Xe(ls2), возникающей в результате упомянутой оптической накачки.

Способ легирования кристаллов селенида цинка хромом // 2751059

Изобретение относится к области выращивания кристаллов. Способ легирования кристаллов селенида цинка хромом включает смешивание порошков селенида цинка и легирующей добавки и последующее выращивание кристалла из расплава под давлением аргона, при этом хром вводится в исходную загрузку в виде моноселенида хрома CrSe, а выращивание кристалла осуществляют вертикальной зонной плавкой.

Генератор импульсов ионизации // 2750851

Изобретение относится к области лазерной техники. Генератор импульсов ионизации содержит генератор частоты ионизации, источник ионизации лазера, приемник излучения, шесть резисторов, ограничитель мощности излучения, ограничитель сигнала управления, пороговую схему, генератор низкой частоты, четыре повторителя, усилитель, тумблер, измеритель мощности излучения, два формирователя, компаратор, ключ и преобразователь напряжение-частота.

Лазер с устройствами юстировки // 2749046

Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной техники, в частности к твердотельным ВКР-лазерам, и может быть применено в нелинейной оптике, аналитической спектроскопии, оптическом приборостроении, медицине, экологии, фотодинамической терапии. Лазер с источником накачки, устройствами юстировки, резонатором с активным элементом, обладающим ВКР эффектом и установленным посредством узла крепления с возможностью обеспечения его вращения относительно оптической оси лазерного источника, между оптически сопряженными первым и вторым резонаторными зеркалами, размещенными посредством соответствующих держателей с юстировочными устройствами первого и второго резонаторных зеркал на торцевых фланцах резонатора, платформой с третьим юстировочным устройством для перемещения резонатора по высоте и нормально к оптической оси лазерного источника и устройством сведения и преобразования излучения лазерного источника, размещенным между лазерным источником и резонатором с возможностью перемещения устройства сведения и преобразования вдоль оптической оси лазера посредством четвертого юстировочного устройства и оптически сопряженным с активным элементом.

Способ устойчивой автогенерации ультракоротких лазерных импульсов в поддерживающем состояние поляризации волоконном кольцевом резонаторе и лазер на его основе // 2747724

Изобретение относится к области лазерной техники и предназначено для обеспечения устойчивой генерации ультракоротких лазерных импульсов фемто-пикосекундного диапазона. Способ и устройство реализуются в однонаправленном поляризующем резонаторе, при заданном уровне оптического усиления на участке активного волокна усилителя с оптической диодной накачкой порядка 2 Вт.

Способ получения прозрачной иаг-керамики // 2746912

Изобретение относится к способу получения прозрачной керамики иттрий-алюминиевого граната (ИАГ), в том числе легированного ионами неодима, для использования в качестве активной среды в области фотоники и лазерной техники. Способ получения прозрачной ИАГ-керамики, включающий совместный высокоэнергетический помол в этаноле исходных порошков оксидов Y2O3, Nd2O3 и Al2O3 для формирования слабоагрегированной порошковой системы стехиометрии ИАГ с размером частиц в диапазоне 50-500 нм, сушку при температуре 70°С в течение 24 ч с последующей грануляцией порошка через сито с эффективным размером ячеек 200 меш и отжигом в атмосфере воздуха при температуре 600°С в течение 4 ч, искровое плазменное спекание полученного материала на первом этапе путем нагрева со скоростью 100°С/мин до 1000°С, выдержку, отжиг полученного образца в воздушной атмосфере, отличается тем, что высокоэнергетический помол в этаноле порошков исходных оксидов Y2O3, Nd2O3 и Al2O3 осуществляют с использованием LiF в качестве спекающей добавки в количестве 0,2 вес.% при 300 об/мин в течение 12 ч, искровое плазменное спекание проводят при внешнем давлении 50-70 МПа, причем на втором этапе со скоростью 25°С/мин до 1475°С с выдержкой материала при этих давлении и температуре в течение 45-60 мин, а отжиг полученного образца ведут в течение 10 ч при температуре 900-1000°С с последующим естественным охлаждением.

Устройство регулировки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа // 2744420

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра зеемановского четырехчастотного лазерного гироскопа. Технический результат заключается в повышении точности настройки периметра четырехчастотного зеемановского лазерного гироскопа.

Оптоволоконное лазерное устройство // 2740005

Изобретение относится к лазерной волоконной технике. Оптоволоконное лазерное устройство содержит первое волокно, содержащее первую волоконную брэгговскую решетку, второе волокно, содержащее вторую волоконную брэгговскую решетку, отражательная способность которой ниже, чем у первой волоконной брэгговской решетки, и третье волокно, легированное редкоземельным элементом, первый конец которого соединен с первым волокном, а второй конец соединен со вторым волокном.

Квантовый дискриминатор частоты // 2738464

Изобретение относится к квантовым стандартам времени и частоты. Технический результат заключается в обеспечении стабильных параметров среды квантового дискриминатора и упрощении его изготовления.

Стекло кладинга для твердотельных лазеров // 2752289

Лазерный компонент содержит a) активный элемент, содержащий легированный сапфир, и b) стекло кладинга, помещенное на упомянутый активный элемент, которое в случае толщины 1 мм в диапазоне длин волн от 750 нм до 850 нм имеет внутренний коэффициент пропускания не более 0,8, причем для излучения в диапазоне длин волн от 750 нм до 850 нм необыкновенный показатель преломления легированного сапфира и показатель преломления стекла кладинга отличаются друг от друга не более чем на 0,05.