Введение к работе
Актуальность темы. Благодаря оптимальному сочетанию оптических, термических и механических характеристик кристаллы селенида цинка широко используются в качестве оптических элементов /окна, линзы, призмы, зеркала/ лазеров ИК диапазона. Требования, предъявляемые к материалам силовой оптики, включают высокую прозрачность на рабочей длине волны ИК излучения, механическую и лучевую прочность.
Технология получения оптических элементов состоит из последовательных стадий выращивания кристаллов, а также механической и термической обработки.
Основным методом получения селенида цинка является кристаллизация из расплава в графитовых контейнерах под давлением инертного газа. Кристаллам присущи характерные виды микроде-фектов: неконтролируемые примеси,' определяющие, в конечном счете, оптические характеристики, для использования в ИК оптике селенида цинка содержание металлических примесей /медь, железо, алюминий и т.д./ не должно превышать определенных значений. Таким образом, важной технологической задачей является получение селенида цинка с концентрацией легирующих компонентов ниже пороговой или снижение ее на стадии отжига. Поэтому чрезвычайно актуально определить оптимальное сочетание параметров выращивания, а также термообработки, обеспечивающее допустимое содержание примесей в кристаллах селенида цинка.
В настоящее время научно обоснованная технология роста селенида цинка из расплава отсутствует. Крайне ограничен круг работ по изучению влияния условий выращивания на состав, структуру и оптические характеристики кристаллов. Б разобщенных экспериментальных работах имеются лишь отдельные сведения о распределении допируюших элементов, причем при оценке их сегрегации авторы не учитывали всей совокупности технологических параметров. Остается за пределами рассмотрения вопрос об очистке кристаллов при прокаливании. В связи с этим информация об особенностях получешш оптически чистого селенида
_ 4 -
цинка наряду с научной ценностью ванна и в практическом плане.
Целью работы является исследование влияния условий кристаллизации из расплава под давлением и термообработки на распределение примесей и собственных свободных компонентов, а также на оптическую прозрачность селенида цинка в Ж диапазоне .
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
изучить влияние регулируемых параметров кристаллизации /давление аргона и скорость протяжки/ на сегрегацию примесей и собственных свободных компонентов в селениде цинка;
оценить коэффициенты распределения легирующих компонентов ;
-установить оптимальный режим роста селенида цинка, обеспечивающий ; существенное снижение эффективных коэффициентов распределения;
исследовать влияние зонно-диффузионного отжига на перераспределение примесей в селениде цинка и установить оптимальные условия их наиболее эффективного оттеснения;
исследовать термодиффузию в селениде цинка и оценить
ее вклад в процесс перераспределения примесей как при кристаллизации из расплава, так и при зонно-диффузионном отжиге;
- исследовать влияние условии выращивания и термообработ
ки на инфракрасное поглощение кристаллов селенида цинка.
Научная новизна.полученных в диссертации результатов заключается в следующем:
-
Впервые проведены систематические исследования распределения примесей:кремния, хрома, титана, кадмия, свинца, никеля, магния, марганца, алюминия, меда, железа, а также свободных цинка и селена в зависимости от условий кристаллизации селенида цинка из расплава.Показано целенаправленное использование рафинирующего действия процесса кристаллизации.
-
Впервые рассматривается влияние давления инертного газа на особенности легирования селенида цинка.Экспериментально установлена область оптимальных давлений аргона, в которой достигается существенное снижение эффективных коэффициентов распределения примесей, ответственных за инфракрасное поглощение селенида цинка.Интерпретация полученных результатов
дана на основе физико-химической модели кристаллизации из расплава.
3.Впервые изучено влияние зонно-даффузиокного отжига на перераспределение примесей в селениде цинка. Установлен оптимальный температурный режим их наилучшего оттеснения.:
4.Впервые исследована термодиффузия в селениде цинка. На основании расчета коэффициентов Сорэ показано ее определяющее значение в предплавильной области температур как при кристаллизации селенида цикка из расплава,, так и при зон-но-диффузиошюм отжиге в процессе перераспределения примесей.
5.Впервые исследовано изменение инфракрасного поглощения при прокаливании образцов селенида цинка в различных средах. Термообработка кристаллов в парах и расплаве селена приводит к снижению коэффициента поглощения ИК излучения'в'6 + 9 раз.
Практическая значимость проведенных исследований заключается в том, что на их основе разработаны и приняты к практическому применению рекомендации по оптимизаций условий выращивания, а также термообработки монокристаллов селенида цинка для Ш оптики.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
I.Одним из факторов, определяющих распределение примесей в кристалле является соотношение внешнего и кристаллизационного давлений.
2.Наиболее эффективное рафинирование процесса кристаллизации селенида цинка из расплава достигается при давлении аргона, близком к кристаллизационному.
3.Максимальное оттеснение примесей при зонно-диффузион-ном отжиге селенида цинка достигается при температуре горячей зоны, соотвегствущей интервалу температур фазового перехода вюрцит - сфалерит /1698$ а также предплавильной Д755К/.
4.Перераспределение примесей при кристаллизации селенида цикка из расплава определяется не только их различной растворимостью в жидкой и твердой фазах, но и процессами термодиффузии в предплавильной области температур.
Апробация работыОсновные результаты работы докладывались на УІ Всесоюзной конференции по физике, химии и техническому применению халькогенидов /г.Тбилиси,1983г./, II Всесоюзной
конференции по моделированию роста кристаллов /г.Рига, 1987г./, УІІ Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом /г.Ленинград, 1988г./, Всесоюзном семинаре по оптике жидких кристаллов /г.Москва, 1987г./, УІІ Всесоюзном совещании по кристаллическим оптическим материалам /г.Ленинград, 1989г./.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ. Список печатных работ приведен в конце реферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Она изложена на 120 страницах, содержит 8 таблиц, 52 рисунка и список литературы из 148 наименований.
