RU2490376C2 - Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка - Google Patents
Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490376C2 RU2490376C2 RU2010132967/05A RU2010132967A RU2490376C2 RU 2490376 C2 RU2490376 C2 RU 2490376C2 RU 2010132967/05 A RU2010132967/05 A RU 2010132967/05A RU 2010132967 A RU2010132967 A RU 2010132967A RU 2490376 C2 RU2490376 C2 RU 2490376C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- carried out
- zinc selenide
- mcm
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
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. Способ включат нагрев и испарение исходного сырья при температуре 1050-1150°C, конденсацию пара на подложку, нагретую до 950-1050°C, со скоростью 0,2-0,8 мм/час, при этом охлаждение установки с выращенной заготовкой осуществляют по регулируемому режиму, при котором до 900°C охлаждение проводят со скоростью 50-100°C/час, в интервале 900-600°C - со скоростью 30-50°C/час, от 600°C - инерционное охлаждение до комнатной температуры. Для отгонки труднолетучих примесей исходное сырье в виде порошка или компактных осколков может быть подвергнуто предварительному отжигу в среде инертного газа, например аргона, при температуре до 1200°C в течение 10-15 часов. Изобретение позволяет получить материал с высоким выходом годного продукта и следующими оптическими характеристиками при диаметре выращиваемых заготовок до 500 мм и толщине до 50 мм: пропускание на длине волны 0,6 мкм - 30%, 1,06 мкм - 60%, 3-5 мкм - 69%, 8-12,5 мкм - 71%. Двулучепреломление в оптическом материале не превышает 100 нм/см. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.
Description
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.
Халькогениды цинка и кадмия (ZnSe, ZnS, CdTe, ZnTe) и их твердые растворы обладают совокупностью физических свойств, позволяющих использовать эти материалы в различных областях оптики и электроники (см. Н.Г.Старжинский, Б.В.Гринев, Л.П.Гальчинецкий, В.Д.Рыжиков. «Сцинтилляторы на основе соединений АIIBVI. Получение, свойства и особенности применения», г.Харьков, Институт монокристаллов, 2007, 296 с.). Наиболее распространенным оптическим материалом, применяемым при конструировании защитных люков и объективов оптико-электронных приборов широкого спектрального диапазона, является поликристаллический селенид цинка, который может быть получен разными способами: из расплава, прессованием, из газовой фазы (см. Е.М. Гаврищук. «Поликристаллический селенид цинка для инфракрасной оптики». Неорганические материалы, 2003, т.19, №9, с.1031-1049).
В настоящее время для получения оптического поликристаллического селенида цинка наиболее предпочтительным является способ газофазного осаждения.
Из уровня техники известны способы и устройства для получения поликристаллического селенида цинка, в которых используется принцип физического осаждения паров селенида цинка на подложку. В авторском свидетельстве СССР №844609, опубликованном 07.07.1981 по индексам МПК С04В 35/00 и С09К 11/10, заявлен способ получения поликристаллических блоков халькогенидов цинка и кадмия для оптической керамики, заключающийся в том, что физическое осаждение проводят на подогретую подложку, пропуская пары через пористый графит, углеграфитовую или кремнеземную ткань при скорости осаждения 0,005-0,15 моль/см2час. Для осаждения селенида цинка подложку нагревают до 600-900°С.
Данным способом получают поликристаллический блок с размером зерна 50-100 мкм и оптической прозрачностью 65-70% при толщине образца 5 мм (λ=10 мкм). Однако, при достигаемой плотности конденсата 99,7±0,2% от плотности монолита, заявленный оптический материал практически непрозрачен в видимой области спектра и имеет низкое пропускание в ближней и средней ИК областях. Данное обстоятельство существенно уменьшает выход годного продукта по совокупности оптических свойств во всем спектральном диапазоне прозрачности селенида цинка.
В патенте РФ №2031985, опубликованном 27.03.1995 по индексам МПК С30В 25/00, 29/48, описан способ и устройство для получения поликристаллического селенида цинка, в котором осаждение из газовой фазы ведут при раздельной подаче потоков смеси паров цинка с аргоном и смеси селеноводорода с аргоном. Осаждение ведут на стенках реактора квадратного сечения, имеющего входной фланец с отверстиями для подачи смеси паров цинка с аргоном и смеси селеноводорода с аргоном. Вокруг каждого из отверстий по концентрическим окружностям расположены отверстия для подачи защитного газа. Использование заявленного способа и устройства позволяет увеличить полезный выход селенида цинка по селеноводороду, и соответственно, производительность процесса. К недостаткам решения следует отнести сложность конструкции реактора и процедуры поддержания устойчивого режима конденсации пара на стенках реактора.
В патенте РФ №2031986, опубликованном 27.03.1995 по индексам МПК С30В 25/02, 29/48, заявлен способ получения поликристаллического селенида цинка, заключающийся в том, что в нагретом реакторе на подложки подают в смеси с аргоном потоки паров цинка и селеноводорода в молярном соотношении 0,8-1,3. Подложки нагревают до 670-700°С при давлении в реакторе 6-10 Торр и расходе селеноводорода на единицу площади поперечного сечения реактора 35-42 мкмоль/мин·см2.
С помощью данного способа выращивают поликристаллический селенид цинка, коэффициент объемного поглощения которого на длине волны 10,6 мкм не превышает 1·10-3 см-1. Недостатком данного способа выращивания следует признать незначительную оптическую прозрачность материала в видимой и ближней ИК областях спектра, что существенно ограничивает функциональные возможности применения данного материала.
Известен способ получения оптических поликристаллических блоков селенида цинка, опубликованный 15.09.1994 по индексам МПК С30В 23/00 29/48 в патенте РФ №2019586 и принятый за прототип настоящего изобретения. Сущность способа-прототипа: селенид цинка в количестве 5 кг, содержащий кремний в количестве 4·10-3 масс.% загружают в графитовый контейнер для сублимации. Контейнер закрывают крышкой-подложкой и помещают в камеру, которую откачивают до 10-4 мм рт.ст. и нагревают до 1030°С. По окончании процесса возгонки нагрев прекращают, охлаждают контейнер до комнатной температуры. Выращенный блок селенида цинка подвергают шлифовке и полировке. Блок имеет коэффициент пропускания 70-71% при длине волны 10,6 мкм.
Недостатками данного способа являются низкие параметры оптического качества выращиваемого поликристаллического селенида цинка в видимой области, ближней и средней ИК областях, что ограничивает возможности его применения в оптико-электронных приборах. Причем, заявленная технология изготовления продукта плохо реализуется.
Задачей изобретения является воспроизводимое получение поликристаллического селенида цинка с высокими оптическими характеристиками в широкой области спектра и повышение выхода годного продукта.
Технический результат заключается в усовершенствовании технологии получения крупногабаритных заготовок оптического материала улучшенного оптического качества для использования в видимой и ИК областях спектра.
Задача изобретения решается в способе получения оптического поликристаллического селенида цинка, который включает операции нагрева и испарения исходного сырья, его конденсацию на нагретую подложку, в котором, в отличие от прототипа, испарение исходного сырья ведут при температуре 1050-1150°С, а конденсацию пара на подложку, нагретую до 950-1050°С.
Температурные режимы испарения исходного сырья и температуры подложки подобраны и подтверждены опытным путем.
С целью повышения чистоты конденсируемого продукта и улучшения пропускания получаемого материала в видимой и ИК областях спектра целесообразно осуществить промежуточную конденсацию паров в лабиринте и на пористом фильтре. С этой целью в контейнере устанавливается пористая перегородка, на которой происходит промежуточная конденсация паров испаряемого вещества и осаждение примесей, присутствующих в исходном сырье.
Предпочтительно конденсацию пара на подложку осуществлять с линейной скоростью роста 0,2-0,8 мм/час, что является оптимальным режимом для увеличения выхода годного продукта.
С целью уменьшения механических напряжений в получаемом оптическом материале контейнер с выращенной заготовкой селенида цинка целесообразно охлаждать по специально подобранному режиму: охлаждение от температуры выращивания до 900°С (по нагревателю) - со скоростью 50-100°С/час; охлаждение в интервале 900-600°С - со скоростью 30-50°С/час; от 600°С - инерционное охлаждение контейнера с заготовкой вместе с установкой.
Предпочтительна обработка исходного сырья, которое состоит, например, из смеси порошка и компактных осколков, в среде инертного газа, например, аргона, при температуре до 1200°С в течение 10-15 часов. Такая обработка позволяет произвести отгонку труднолетучих примесей и достичь состава пара, близкого к стехиометрическому.
Представленный способ получения поликристалличекого селенида цинка позволяет получить материал с высоким выходом годного продукта и следующими оптическим характеристиками при диаметре выращиваемых заготовок до 500 мм и толщине до 50 мм: пропускание на длине волны 0,6 мкм - 30%, 1,06 мкм - 60%, 3-5 мкм - 69%, 8-12,5 мкм - 71%. Двулучепреломление в оптическом материале не превышает 100 нм/см.
Конкретные примеры реализации.
Пример 1.
Исходное сырье в виде порошка селенида цинка марки по ЕТО.035.011.ТУ (примесный состав: Cu, Mg, Al, Mn, Ni, Ti, Ag, Bi<10-5; Fe, Sn, Cr, Pb<10-4%, масс.) в количестве 38 кг загружают в нижнюю часть графитового контейнера, устанавливают пористую графитовую перегородку с двумя слоями графитированной ткани ТГН-2М, камеру конденсации и подложку-крышку из пирографита. Собранный контейнер устанавливают в вакуумную печь. Осуществляют вакуумирование до остаточного давления 1·10-3 мм рт.ст. и нагрев контейнера до температуры 1130°С (по нагревателю). Испарение сырья и последующую конденсацию пара на подложку ведут в течение 75 час, температура подложки при этом составляет 1040°С.
По окончании выращивания осуществляют регулируемое охлаждение (по нагревателю): до 900°С охлаждают со скоростью 70°С/час, далее до 600°С - со скоростью 40°С/час, после чего производится инерционное охлаждение всей установки, а затем ее вскрытие. Извлекают и разбирают контейнер с выращенной заготовкой в виде диска. Производят взвешивание выращенного диска, измерение его толщины, затем механическую обработку (шлифовку и полировку). Заготовка селенида цинка диаметром 470 мм и толщиной 32 мм, выращенная при скорости осаждения пара 0,5 мм/час имеет пропускание: на длине волны 0,6 мкм - 33%, 1,06 мкм - 65%, 3-5 мкм - 69%, 8-12,5 мкм - 71%. Двулучепреломление в оптическом материале не превышает 150 нм/см.
Пример 2.
Исходное сырье в виде компактных осколков (обломков) в количестве 32 кг предварительно отжигают в среде аргона при температуре 1200°С в течение 10 час. Затем производят загрузку исходного сырья в контейнер для выращивания заготовок и все последующие операции по примеру 1. Пропускание заготовки селенида цинка диаметром 350 мм и толщиной 40 мм, полученной при скорости осаждения пара 0,35 мм/час составляет 68% в спектральном диапазоне 2,5-14 мкм. Двулучепреломление в оптическом материале не превышает 100 нм/см.
Claims (2)
1. Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка, включающий нагрев и испарение исходного сырья, конденсацию пара на нагретую подложку, отличающийся тем, что испарение исходного материала ведут при температуре 1050-1150°C, а конденсацию пара на подложку, нагретую до 950-1050°C, осуществляют со скоростью 0,2-0,8 мм/ч, при этом охлаждение установки с выращенной заготовкой осуществляют по регулируемому режиму, при котором до 900°C охлаждение проводят со скоростью 50-100°C/ч, в интервале 900-600°C - со скоростью 30-50°C/ч, от 600°C - инерционное охлаждение до комнатной температуры.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходное сырье в виде порошка или компактных осколков подвергают предварительному отжигу в среде инертного газа, например аргона, при температуре до 1200°C в течение 10-15 ч.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010132967/05A RU2490376C2 (ru) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка |
CN201110214950.0A CN102400212B (zh) | 2010-08-02 | 2011-07-29 | 获取多晶体光学硒化锌的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010132967/05A RU2490376C2 (ru) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010132967A RU2010132967A (ru) | 2012-02-10 |
RU2490376C2 true RU2490376C2 (ru) | 2013-08-20 |
Family
ID=45853297
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010132967/05A RU2490376C2 (ru) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102400212B (ru) |
RU (1) | RU2490376C2 (ru) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2516557C2 (ru) * | 2012-08-22 | 2014-05-20 | Елена Ивановна Смирнова | Способ получения оптических поликристаллических материалов на основе селенида цинка |
CN104651927A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-05-27 | 盱眙新远光学科技有限公司 | 晶体硒化锌 |
CN107634107B (zh) * | 2017-08-30 | 2019-03-26 | 中建材(合肥)新能源有限公司 | 一种增强光吸收效率型纳米光伏材料的制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1670001A1 (ru) * | 1988-06-23 | 1991-08-15 | Институт металлургии Уральского отделения АН СССР | Способ получени поликристаллических блоков халькогенидов цинка или кадми дл оптических изделий |
RU2019586C1 (ru) * | 1992-05-12 | 1994-09-15 | Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной химии" | Способ получения оптических поликристаллических блоков селенида цинка |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031986C1 (ru) * | 1991-10-04 | 1995-03-27 | Даданов Александр Юрьевич | Способ получения поликристаллического селенида цинка |
RU2046843C1 (ru) * | 1992-07-31 | 1995-10-27 | Институт химии высокочистых веществ РАН | Способ получения поликристаллического селенида цинка |
RU2253705C1 (ru) * | 2004-01-14 | 2005-06-10 | Институт химии высокочистых веществ Российской академии наук (ИХВВ РАН) | Способ получения поликристаллического селенида цинка |
US7279040B1 (en) * | 2005-06-16 | 2007-10-09 | Fairfield Crystal Technology, Llc | Method and apparatus for zinc oxide single crystal boule growth |
CN100376473C (zh) * | 2006-09-08 | 2008-03-26 | 华中科技大学 | 一种硒化锌多晶纳米薄膜的制备方法 |
CN101665983B (zh) * | 2008-09-01 | 2012-08-29 | 西北工业大学 | 一种硒化锌单晶体生长方法及其生长容器 |
CN101665245B (zh) * | 2008-09-01 | 2012-02-01 | 西北工业大学 | 一种用于单晶生长的硒化锌多晶材料的制备方法 |
-
2010
- 2010-08-02 RU RU2010132967/05A patent/RU2490376C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-07-29 CN CN201110214950.0A patent/CN102400212B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1670001A1 (ru) * | 1988-06-23 | 1991-08-15 | Институт металлургии Уральского отделения АН СССР | Способ получени поликристаллических блоков халькогенидов цинка или кадми дл оптических изделий |
RU2019586C1 (ru) * | 1992-05-12 | 1994-09-15 | Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной химии" | Способ получения оптических поликристаллических блоков селенида цинка |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ВОЛКОВА Н.В. и др. Структурные и оптические характеристики поликристаллов селенида цинка, полученных методом вакуумной сублимации, «6 Всесоюзная конференция по росту кристаллов, Цахкадзор, сентябрь 1985. Тезисы докладов. Часть 2». - Ереван, 1985, с.191-192. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102400212B (zh) | 2014-06-18 |
CN102400212A (zh) | 2012-04-04 |
RU2010132967A (ru) | 2012-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kokh et al. | Growth of GaSe and GaS single crystals | |
Gavrushchuk | Polycrystalline zinc selenide for IR optical applications | |
Ngom et al. | Structural and optical properties of nano-structured tungsten-doped ZnO thin films grown by pulsed laser deposition | |
RU2490376C2 (ru) | Способ получения поликристаллического оптического селенида цинка | |
Gautam et al. | Synthesis and optical investigations on (Ba, Sr) TiO 3 borosilicate glasses doped with La 2 O 3 | |
US7211296B2 (en) | Chalcogenide glass nanostructures | |
Yashina | Preparation and properties of polycrystalline ZnS for IR applications | |
RU2455243C1 (ru) | Способ получения высокочистых теллуритных стекол | |
Tian et al. | Top-seeded solution growth and characterization of a Bi 2 Mo 2.66 W 0.34 O 12 single crystal | |
Yadav et al. | Structural and optical studies of Fe 2 O 3 doped barium strontium titanate borosilicate glasses | |
Thompson et al. | Microwave assisted synthesis of high purity As2Se3 chalcogenide glasses | |
Huang et al. | High-purity germanium-sulphide glass for optoelectronic applications synthesised by chemical vapour deposition | |
RU111140U1 (ru) | Установка, печь и нагреватель печи для изготовления композиционного оптического материала селенид цинка/сульфид цинка | |
RU2041298C1 (ru) | Способ выращивания кристаллов из паровой фазы | |
Peraudeau et al. | Influence of Colour Filter on Reaction Products from Mo and W Heated to 2000 C by Concentrated Solar Beam in N2 Gas Environment in a Solar Furnace at PROMES-CNRS | |
Chen et al. | Growth of lead molybdate crystals by vertical Bridgman method | |
CN114188486A (zh) | 单晶钙钛矿材料及其制备方法和窄带光响应探测器 | |
Yu et al. | Study on photoluminescence of thermally treated Bi 12 GeO 20 and Mo: Bi 12 GeO 20 crystals | |
RU2450983C2 (ru) | Особо чистый сульфидно-мышьяковый материал для синтеза высокопрозрачных халькогенидных стекол и способ его получения | |
CN109627012A (zh) | 一种自支撑石墨相氮化碳薄膜的制备方法 | |
RU2019586C1 (ru) | Способ получения оптических поликристаллических блоков селенида цинка | |
Lopez et al. | Processing and characterization of bulk chalcogenide glasses used for waveguide applications | |
Klym et al. | Structural investigation of crystallized Ge-Ga-Se chalcogenide glasses | |
Fang et al. | Micromorphologies and defects in CVD ZnS and ZnSe | |
Bodnar et al. | Temperature Dependence of the Band-Gap Width of Mn 1.5 AgIn 8.0 S 14 Single Crystals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140803 |