RU2529443C2 - Glassy composition manufacturing method - Google Patents

Glassy composition manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
RU2529443C2
RU2529443C2 RU2012146534/28A RU2012146534A RU2529443C2 RU 2529443 C2 RU2529443 C2 RU 2529443C2 RU 2012146534/28 A RU2012146534/28 A RU 2012146534/28A RU 2012146534 A RU2012146534 A RU 2012146534A RU 2529443 C2 RU2529443 C2 RU 2529443C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass
heat treatment
glassy composition
elements
light
Prior art date
Application number
RU2012146534/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012146534A (en
Inventor
Олег Петрович Ксенофонтов
Original Assignee
Олег Петрович Ксенофонтов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Петрович Ксенофонтов filed Critical Олег Петрович Ксенофонтов
Priority to RU2012146534/28A priority Critical patent/RU2529443C2/en
Publication of RU2012146534A publication Critical patent/RU2012146534A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2529443C2 publication Critical patent/RU2529443C2/en

Links

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to lighting engineering, namely the manufacture of light-emitting semiconductor devices with the substrate from amorphous mineral glass. The glassy composition on the basis of mineral glass containing oxides of elements of groups II, and/or III, and/or IV of periodic system, differs by that the surface of the glass is coated with the grown layer of conducting and light-emitting semiconductor compound of the type A2B5, and/or A2B6, and/or A3B5, and/or A4B6. The method of manufacture of glassy composition is also offered on the basis of mineral glass containing oxides of elements of the groups I, I and/or III, and/or IV of periodic system, where for formation on the glass surface of the layer of conductive and light-emitting compound of the type A2B5, and/or A2B6, and/or A3B5, and/or A4B6 the glass is exposed to heat treatment by heating in neutral gas at the temperature 500-5000° C, the glass is doped before or during the heat treatment by the element of the groups V and/or VI, oxygen is removed from the heat treatment zone.
EFFECT: invention provides a possibility of forming of forecasted semiconductor compounds of various compositions.
6 cl

Description

Изобретение относится к светотехнике, а именно изготовлению светоизлучающих полупроводниковых приборов на подложке из аморфного минерального стекла.The invention relates to lighting engineering, namely the manufacture of light-emitting semiconductor devices on a substrate of amorphous mineral glass.

Как преобразователь электрической энергии в световую светодиод характеризуется внешней эффективностью (или к.п.д.). Эффективность светодиодов невелика. В большинстве случаев она не превышает 0,5…5%. Это обусловлено тем, что свет трудно вывести из полупроводника наружу. При высоком значении коэффициентов преломления используемых полупроводников (для арсенида галлия n=3,3, для воздуха - I) значительная часть рекомбинационного излучения отражается от границы раздела полупроводник-воздух, возвращается в полупроводник и поглощается в нем, превращаясь в тепло. Поэтому сравнительно невелики средние яркости светодиодов и их выходные мощности. По этим параметрам они уступают лампочкам накаливания, по остальным - превосходят их (www.about-led/materials.html).As a converter of electrical energy into a light emitting diode, it is characterized by external efficiency (or efficiency). The efficiency of LEDs is low. In most cases, it does not exceed 0.5 ... 5%. This is because light is difficult to bring out of the semiconductor. At a high value of the refractive indices of the semiconductors used (for gallium arsenide n = 3.3, for air - I), a significant part of the recombination radiation is reflected from the semiconductor-air interface, returns to the semiconductor and is absorbed in it, turning into heat. Therefore, the average brightness of LEDs and their output power are relatively small. In these parameters they are inferior to incandescent bulbs, in the rest they surpass them (www.about-led / materials.html).

В течение десятилетий голубой лазер был недостижимой мечтой в лазерной технологии. Поскольку красный и зеленый лазеры уже были изобретены, оставалось сделать голубой - и можно, комбинируя их, получить излучение белого света, а значит заменить лампы накаливания. Ее решил в 1993 году некто Сюдзи Накамура из малоизвестной тогда небольшой японской компании «Nichia Chemical Industries Ltd». В 1991 г. он вырастил на сапфировых подложках монокристаллические пленки нитрида галлия. Затем решил проблему получения монокристаллического нитрида индий-галлия, необходимого для получения светодиодной структуры. Наконец, в 1993 году он сделал первый коммерческий голубой светодиод /LED/ на основе структуры GaN-JnGaN… Но объемного нитрида галлия как не было 18 лет назад, так нет и сейчас. Точнее, он вроде бы и есть, но неприемлемо мелкий по размерам, и по цене гораздо дороже золота, если брать по весу (www. ро nitridhoi doroge к svetu).For decades, the blue laser has been an unattainable dream in laser technology. Since red and green lasers were already invented, it remained to make blue - and by combining them you can get white light, which means you can replace incandescent lamps. It was decided in 1993 by a certain Shuji Nakamura from the then little-known small Japanese company Nichia Chemical Industries Ltd. In 1991, he grew single-crystal gallium nitride films on sapphire substrates. Then he solved the problem of obtaining monocrystalline indium gallium nitride, which is necessary for obtaining the LED structure. Finally, in 1993, he made the first commercial blue LED / LED / based on the GaN-JnGaN structure ... But bulk gallium nitride, as it was not 18 years ago, is still not there. More precisely, it seems to be, but unacceptably small in size, and at a price much more expensive than gold, if you take in weight (www. Ro nitridhoi doroge to svetu).

Известно: при уменьшении парциального давления кислорода в окружающей газовой среде создаются благоприятные условия для самопроизвольного распада оксидов. Направление реакции окисления (восстановления) металла определяется температурой и давлением кислорода окружающей среды.It is known: with a decrease in the partial pressure of oxygen in the surrounding gas environment, favorable conditions are created for spontaneous decomposition of oxides. The direction of the oxidation (reduction) reaction of the metal is determined by the temperature and pressure of oxygen in the environment.

Если образующийся при диссоциации оксида кислород непрерывно удалять из зоны обработки так, что остаточное парциальное давление кислорода будет оставаться меньше равновесного при данной температуре, то будет происходить восстановление оксидов на обрабатываемом материале.If the oxygen generated during dissociation of the oxide is continuously removed from the treatment zone so that the residual partial pressure of oxygen remains less than the equilibrium pressure at a given temperature, then oxides will be reduced on the processed material.

Значительно уменьшить парциальное давление кислорода в газовой среде можно двумя путями: созданием вакуума с определенной степенью разряжения воздуха и заполнением пространства, окружающего изделие, инертным газом[1].Significantly reduce the partial pressure of oxygen in a gaseous medium in two ways: by creating a vacuum with a certain degree of rarefaction of air and filling the space surrounding the product with an inert gas [1].

Известно: стекло обладает сравнительно низким коэффициентом преломления (-1,5).It is known: glass has a relatively low refractive index (-1.5).

Многовековая история стеклоделия связана с изготовлением силикатных стекол, основывающихся на системе Na2O·CaO·GSiO2. Только во второй половине двадцатого века было показано, что натрий-кальций-силикатные стекла составляют небольшую часть безграничного мира неорганических стекол.The centuries-old history of glassmaking is associated with the manufacture of silicate glasses based on the Na 2 O · CaO · GSiO 2 system . Only in the second half of the twentieth century was it shown that sodium-calcium-silicate glasses constitute a small part of the boundless world of inorganic glasses.

Сейчас известны многочисленные оксидные многокомпонентные стекла, содержащие в своем составе окислы Ca, Mg, Ва, Zh (III группа); В, Al (III группа); Ge, Sn, Pb (IV группа); Р, As, Sb (V группа периодической системы). Этими и другими присадками у стекла регулируется температура размягчения и полного расплавления, КТЛР, прочность, стойкость в агрессивной среде, внешний вид, цвет.Numerous oxide multicomponent glasses containing oxides of Ca, Mg, Ba, Zh (group III) are now known; B, Al (group III); Ge, Sn, Pb (group IV); P, As, Sb (V group of the periodic system). These and other additives in glass are used to control the softening and full melting temperature, KTLR, strength, resistance to aggressive environment, appearance, color.

Известен способ придания стеклу светоизлучающих свойств. Минеральные стекла, содержащие в своем составе окислы элементов II и/или III группы периодической системы, термообрабатывают в азотной атмосфере при температуре 500-1200°C в контейнере для диссоциации окислов. Переводя окислы данных элементов на поверхности стекла в нитриды, полученная стекловидная композиция становится электропроводящей и светоизлучающей при пропускании электрического тока. В стекловидную светоизлучающую композицию дополнительно можно вводить элементы V и/или VI группы периодической системы. Контейнер для проведения термообработки стекловидной композиции состоит из жаропрочной оболочки и содержит кислородный поглотитель во внутреннем объеме. Ограничен доступ поступления окружающей атмосферы во внутренний объем контейнера. Увеличить площадь излучения возможно путем нанесения вышеназванных композиций в виде оплавленного покрытия на термостойкие подложки. Добавлением незначительных количеств окислов, образующих цветные силикаты, можно получить любой цвет излучения [2].A known method of imparting light-emitting properties to glass. Mineral glasses containing oxides of elements of group II and / or group III of the periodic system are heat treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500-1200 ° C in a container for dissociation of oxides. By converting the oxides of these elements on the glass surface to nitrides, the resulting glassy composition becomes electrically conductive and light emitting when an electric current is passed. In the vitreous light-emitting composition, it is additionally possible to introduce elements of the V and / or VI groups of the periodic system. The container for heat treatment of the glassy composition consists of a heat-resistant shell and contains an oxygen absorber in the internal volume. The access of the surrounding atmosphere to the internal volume of the container is limited. It is possible to increase the radiation area by applying the above compositions in the form of a melted coating on heat-resistant substrates. By adding insignificant amounts of oxides forming colored silicates, any radiation color can be obtained [2].

Предлагается стекловидная композиция, состоящая из минерального стекла (содержащего в своем составе окислы элементов II, и/или III, и/или IV группы периодической системы), с выращенным на его поверхности электропроводящим и светоизлучающим слоем полупроводникового соединения типа А2В5, и/или А2В6, и/или A3B5, и/или A4B6.A glassy composition is proposed, consisting of mineral glass (containing oxides of elements of the II, and / or III, and / or IV groups of the periodic system), with a conductive and light-emitting layer of a semiconductor compound of type A 2 B 5 grown on its surface, and / or A 2 B 6 , and / or A 3 B 5 , and / or A 4 B 6 .

Предлагается термообработку стекла, содержащего в своем составе окислы элементов II, и/или III, и/или IV группы проводить в среде инертного газа (например, аргона), с непременным удалением кислорода, образующегося при диссоциации окислов на поверхности стекла (кислородными поглотителями; выносом кислорода из зоны обработки проточным инертным газом, имеющим низкое парциальное давление присутствующих примесей кислорода). Элементы V и/или VI группы периодической системы вводить в стекло или на его поверхность до или в процессе термообработки. (Введение примесей определенной концентрации на обрабатываемую подложку хорошо отработано в технологии изготовления полупроводниковых приборов: предварительное нанесение необходимых элементов или их солей на поверхность подложки; испарение образца примеси в зоне термообработки подложки, ионная имплантация примесей в подложу; подача примесей необходимых элементов в зону термообработки в потоке газа-носителя…)It is proposed that the heat treatment of glass containing oxides of elements of the II, and / or III, and / or IV groups be carried out in an inert gas (for example, argon), with the indispensable removal of oxygen formed during the dissociation of oxides on the glass surface (with oxygen scavengers; removal oxygen from the treatment zone with a flowing inert gas having a low partial pressure of oxygen impurities present). The elements of group V and / or VI of the periodic system are introduced into the glass or on its surface before or during the heat treatment. (The introduction of impurities of a certain concentration on the processed substrate is well established in the technology of manufacturing semiconductor devices: preliminary deposition of the necessary elements or their salts on the surface of the substrate; evaporation of an impurity sample in the heat treatment zone of the substrate, ion implantation of impurities into the substrate; supply of impurities of the necessary elements to the heat treatment zone in the stream carrier gas ...)

По предлагаемому способу термообработки на поверхности стекла становится возможным образование прогнозируемого полупроводникового соединения (электропроводящего и светоизлучающего) типа А2В5, А2В6, А3 В5, А4В6, где А2 - элемент II группы, А3 - элемент III группы, А4 - элемент IV группы, В5 - элемент V группы, В6 - элемент VI группы периодической системы.According to the proposed method of heat treatment on the glass surface, it becomes possible to form a predicted semiconductor compound (electrically conductive and light emitting) of type A 2 B 5 , A 2 B 6 , A 3 B 5 , A 4 B 6 , where A 2 is an element of group II, A 3 - element of group III, A 4 - element of group IV, B 5 - element of group V, B 6 - element of group VI of the periodic system.

Расчетное количество необходимых элементов, вводимых в стекло, должно ориентировочно соответствовать стехиометрическому составу вышеназванных соединений, хотя, по всей вероятности, образуются бертоллиды этих соединений.The estimated amount of necessary elements introduced into the glass should roughly correspond to the stoichiometric composition of the above compounds, although, in all probability, bertollides of these compounds are formed.

Для диссоциации окислов на поверхности стекла и преобразования их в электропроводящие и светоизлучающие полупроводниковые структуры термический процесс должен проходить в присутствии кислородных поглотителей. Их же помещают в поток газа-носителя, поступающего в зону термообработки стекла.For the dissociation of oxides on the glass surface and their conversion into electrically conductive and light-emitting semiconductor structures, the thermal process must take place in the presence of oxygen absorbers. They are also placed in a carrier gas stream entering the glass heat treatment zone.

Для удаления кислорода азот и инертный газ пропускают через трубу, заполненную медными стружками и надеваемую до температуры 650 - 850°С (более высоких температур следует избегать, т.к. иначе окись меди становится заметно склонной к разложению с выделением кислорода), или, лучше, через абсорбционную колонку с активированной медью, безукоризненно действующей уже при температуре 200°C.To remove oxygen, nitrogen and an inert gas are passed through a pipe filled with copper chips and put on to a temperature of 650 - 850 ° С (higher temperatures should be avoided, because otherwise copper oxide becomes noticeably prone to decomposition with oxygen evolution), or, better through an absorption column with activated copper, perfectly functioning already at a temperature of 200 ° C.

Таблица: Приготовление активированной меди для очистки газов (в особенности инертных газов и азота) от кислорода.Table: Preparation of activated copper for the purification of gases (especially inert gases and nitrogen) from oxygen.

1. 2,5 кг хлористой меди растворить в 20 л дистиллированной воды, добавить 2,5 кг инфузорной земли (диатомит).1. Dissolve 2.5 kg of copper chloride in 20 l of distilled water, add 2.5 kg of infusoria (diatomaceous earth).

2. При энергичном помешивании осаждение при температуре 60°C раствором 700 г NaOH в 7 л дистиллированной воды.2. With vigorous stirring, precipitation at a temperature of 60 ° C with a solution of 700 g of NaOH in 7 l of distilled water.

3. Отстаивание осадка в течение 10 мин, после чего трехкратная промывка в дистиллированной воде (каждый раз в 100 л).3. The sediment is sedimented for 10 minutes, after which it is washed three times in distilled water (each time in 100 l).

4. Сухой отсос массы, деление ее на мелкие куски, полная осушка в сушильном шкафу при температуре 150-180°C, размельчение до величины зерен 5 мм, отсев пыли через сита.4. Dry suction of the mass, dividing it into small pieces, complete drying in an oven at a temperature of 150-180 ° C, grinding to a grain size of 5 mm, dust screening through sieves.

5. Помещение препарата в печь, пропускание при температуре 200 -250°C чистого водорода для восстановления окиси меди, пока коричневый в начале препарат (окись) не примет темно-фиолетовый цвет (Си).5. Putting the drug in the furnace, passing pure hydrogen at a temperature of 200 -250 ° C to restore copper oxide, until the brown drug (oxide) at the beginning takes on a dark purple color (Cu).

6. Препарат готов к использованию и нагретый до температуры 200-250°C способен очищать от остатков кислорода пропускаемые газы; после использования он может быть заново регенерирован посредством восстановления в водороде (только что описанным путем).6. The preparation is ready for use and heated to a temperature of 200-250 ° C is able to clean the transmitted gases from oxygen residues; after use, it can be regenerated again by reduction in hydrogen (the path just described).

Количества, указанного в таблице, достаточно для непрерывной очистки 400 л газа, содержащего примерно 1% кислорода. В газе, выходящем из колонны с медью, при полном давлении очищаемого газа, равном 760 нм рт.ст., содержится менее 4·10-5% кислорода. В большом производстве рекомендуется пользоваться двумя абсорбционными колонками, из которых попеременно одна служит для абсорбции кислорода, в то время как другую можно регенерировать [3].The amount indicated in the table is sufficient for continuous purification of 400 l of gas containing approximately 1% oxygen. In the gas leaving the column with copper, at a total pressure of the gas to be purified equal to 760 nm Hg, less than 4 · 10 -5 % oxygen is contained. In large production, it is recommended to use two absorption columns, of which one alternately serves to absorb oxygen, while the other can be regenerated [3].

Так как медь в качестве кислородного поглотителя эффективна в температурном интервале 200-850°C, при повышенных температурах можно применять сплав 46Н: платинит (46% никеля, 54% железа), в виде проволоки.Since copper as an oxygen scavenger is effective in the temperature range of 200-850 ° C, at elevated temperatures, you can use alloy 46H: platinum (46% nickel, 54% iron), in the form of a wire.

Растворимость кислорода в меди: 0,0017% (вес.) при 550°C; 0,002% при 800°C; 0,0027% при 900°C /4а/.Solubility of oxygen in copper: 0.0017% (wt.) At 550 ° C; 0.002% at 800 ° C; 0.0027% at 900 ° C / 4a /.

Растворимость кислорода в железе: 0,008% (вес.) при 700°C; 0,018% при 800°C; 0,029% при 900°C /4б/.Solubility of oxygen in iron: 0.008% (wt.) At 700 ° C; 0.018% at 800 ° C; 0.029% at 900 ° C / 4b /.

Растворимость кислорода в твердом никеле увеличивается при понижении температуры следующим образом: 0,012; 0,014; 0,019 и 0,020 вес. % кислорода соответственно при 1200, 1000, 800 и 600°C /4в/.The solubility of oxygen in solid nickel increases with decreasing temperature as follows: 0.012; 0.014; 0.019 and 0.020 weight. % oxygen, respectively, at 1200, 1000, 800 and 600 ° C / 4v /.

Использование железа (не в сплаве) в качестве кислородного поглотителя нежелательно из-за его коррозионной неустойчивости (ржавление).The use of iron (not in the alloy) as an oxygen scavenger is undesirable due to its corrosion instability (rusting).

После термообработки, для предохранения от преждевременного окисления кислородных поглотителей и поверхности светоизлучающей стекловидной композиции, доступ воздуха в камеру (контейнер, ванну…) с застывающим изделием следует допускать при их охлаждении до температуры ≤100°C (~50°C). При высокой температуре кислород воздуха неизбежно окисляет полупроводниковый слой (электропроводящий и светоизлучающий), образовавшийся (по предлагаемому техпроцессу) на поверхности стекла, переводя его в диэлектрик. Технологическая проработка покажет, до какой температуры следует охлаждать в защитной (от кислорода) газовой среде поверхность изделия из стекла конкретного состава.After heat treatment, to prevent premature oxidation of oxygen scavengers and the surface of the light-emitting glassy composition, air should be allowed to enter the chamber (container, bath ...) with the hardening product when they are cooled to a temperature of ≤100 ° C (~ 50 ° C). At high temperatures, air oxygen inevitably oxidizes a semiconductor layer (electrically conductive and light emitting), which is formed (according to the proposed process technology) on the surface of the glass, converting it into a dielectric. A technological study will show to what temperature the surface of a glass product of a specific composition should be cooled in a protective (from oxygen) gas environment.

В процессе термообработки, т.к. в жидкой среде перенос вещества происходит энергичнее, чем в твердом теле, диссоциация окислов становится гораздо заметнее при размягчении стекла (переходе его в жидкое состояние). Наинизшая температура размягчения стандартных оксидных стекол ~500°С[5].In the process of heat treatment, as in a liquid medium, the transfer of matter occurs more vigorously than in a solid, the dissociation of oxides becomes much more noticeable when the glass is softened (its transition to a liquid state). The lowest softening temperature of standard oxide glasses is ~ 500 ° C [5].

Вариант (способ) изготовления изделия. Стекло марки С88-2 состава: 64,5% SiO2; 2%B2O3; 4%A12O3; 7%СаО; 5%ВаО; 3%ZnO; 14,5%Na2O, температура размягчения 580°C, температура полного расплавления ~950°C [5], как предложено в патенте RU 2436741, наносить в виде глазури на термостойкую (керамическую) подложку с близким значением КТЛР (-9-10-6 К-1). Размолотое стекло разбавить водой до сметанообразного состояния, эту массу наносить на основу (керамика, фарфор…, например, окунанием), высушить, оплавить на воздухе и затем проводить термообработку по предложенному способу. Образуется электропроводящей и светоизлучающий полупроводниковый слой на поверхности глазури. Температурой и временным интервалом регулируется толщина полупроводникового слоя на стекловидной поверхности изделия. Изготовление омического контакта к полупроводниковой поверхности хорошо отработано в технологии полупроводникового приборостроения (например, гальваническим осаждением металлического никеля на необходимую поверхность с последующей пайкой легкоплавким припоем).Option (method) of manufacturing the product. Glass grade C88-2 composition: 64.5% SiO 2 ; 2% B 2 O 3 ; 4% A1 2 O 3 ; 7% CaO; 5% BaO; 3% ZnO; 14.5% Na 2 O, softening temperature 580 ° C, full melting temperature ~ 950 ° C [5], as proposed in patent RU 2436741, to be applied in the form of a glaze onto a heat-resistant (ceramic) substrate with a similar KTLR value (-9- 10 -6 K -1 ). Dilute the ground glass with water to a creamy state, apply this mass to the base (ceramics, porcelain ..., for example, by dipping), dry, melt in air and then conduct heat treatment according to the proposed method. An electrically conductive and light emitting semiconductor layer is formed on the surface of the glaze. The temperature and time interval controls the thickness of the semiconductor layer on the glassy surface of the product. The manufacture of an ohmic contact to a semiconductor surface is well established in the technology of semiconductor instrumentation (for example, by galvanic deposition of metallic nickel on the required surface, followed by soldering with fusible solder).

Вышеназванное стекло (С88-2) можно наносить в виде эмали на проволоку (основу) из сплава 47НД5 (47% никеля, 5% меди, железо остальное, КТЛР ~ 9·10-6 К-1), но чтобы не было электрического шунтирования металлом сплава стекловидной композиции с ее полупроводниковом поверхностным слоем, сплав 47НД5 необходимо предварительно укрыть подслоем диэлектрического грунта (стекло, керамика…), имеющего температуру размягчения выше температуры последующей термообработки стекла.The above glass (C88-2) can be applied in the form of enamel onto a wire (base) made of 47ND5 alloy (47% nickel, 5% copper, iron rest, KTLR ~ 9 · 10 -6 K -1 ), but so that there is no electric shunting metal alloy glassy composition with its semiconductor surface layer, alloy 47ND5 must first be covered with a sublayer of dielectric soil (glass, ceramics ...) having a softening temperature higher than the temperature of the subsequent heat treatment of glass.

В процессе термообработки при легировании вышеназванного стекла элементами V группы периодической системы (Р, As, Sb) на поверхности глазури образуются соединения типа А2В5 (Са3Р2, Ca3 As…Ba3P2, Ba3 As2…Zn3P2, Zn3As2…) и A3B5 (AlP, AlAs…GaP, Ga As…ZnP, ZnAs).In the process of heat treatment when the above glass is doped with elements of group V of the periodic system (P, As, Sb), type A 2 B 5 (Ca 3 P 2 , Ca 3 As ... Ba 3 P 2 , Ba 3 As 2 ... Zn are formed on the surface of the glaze 3 P 2 , Zn 3 As 2 ...) and A 3 B 5 (AlP, AlAs ... GaP, Ga As ... ZnP, ZnAs).

При легировании стекла элементами VI группы (S, Se, Те) на поверхности глазури образуются соединения типа А2В6 (CaSe, СаТе…BaSe, ВаТе…ZnSe, ZnTe…)When glass is alloyed with elements of group VI (S, Se, Te), type A 2 B 6 compounds (CaSe, CaTe ... BaSe, BaTe ... ZnSe, ZnTe ...) are formed on the surface of the glaze

Свинцовые стекла получают при частичной или полной замене окиси кальция (в стекле Na2O·CaO·6SiO2) окисью свинца PbO. При легировании свинцового стекла элементами VI группы образуются полупроводниковые соединения типа A4B6 (PbS, PbSe, PbTe).Lead glasses are obtained by partial or complete replacement of calcium oxide (in a glass of Na 2 O · CaO · 6SiO 2 ) with lead oxide PbO. When doping lead glass with elements of group VI, semiconductor compounds of type A 4 B 6 (PbS, PbSe, PbTe) are formed.

Известны различные способы легирования полупроводниковой подложки необходимыми примесями. Например, при термообработке подавать в закрытую камеру (печь) с изделием инертный газ (аргон) в смеси с азотом, или аргон с парами PCl3 (температура кипения 76°С); AsCl3 (температура кипения 130°С); SbCl3 (температура кипения 223°С).There are various methods of doping a semiconductor substrate with the necessary impurities. For example, during heat treatment, apply inert gas (argon) mixed with nitrogen or argon with PCl 3 vapors (boiling point 76 ° C) into a closed chamber (furnace) with the product; AsCl 3 (boiling point 130 ° C); SbCl 3 (boiling point 223 ° C).

Вышеназванный состав стекла (С88-2) не является оптимальным для изготовления стекловидных полупроводниковых электропроводящих и светоизлучающих композиций. В состав стекла могут быть предварительно введены элементы V и/или VI группы периодической системы в виде их окислов.The above glass composition (C88-2) is not optimal for the manufacture of glassy semiconductor electrically conductive and light-emitting compositions. The glass composition can be preliminarily introduced elements of the V and / or VI groups of the periodic system in the form of their oxides.

Известно, что трехокись мышьяка делает стекло "глухим", т.е. непрозрачным. Однако небольшие добавки этого вещества напротив осветляют стекло. Мышьяк и сейчас входит в рецептуру некоторых стекол, например венского стекла для термометров (0,2%) и полухрусталя (0,5%). При изготовлении эмали в стекло добавляют 4-7% окиси сурьмы. Большая группа оксидов: SeO2, TeO2, Bi2O3, Al2O3, Ga2O3 - образует стекла при сплавлении с другими оксидами или смесями оксидов.It is known that arsenic trioxide makes glass “deaf”, i.e. opaque. However, small additives of this substance, on the contrary, brighten the glass. Arsenic is still included in the formulation of some glasses, for example, Vienna glass for thermometers (0.2%) and semi-crystal glass (0.5%). In the manufacture of enamel, 4-7% of antimony oxide is added to the glass. A large group of oxides: SeO 2 , TeO 2 , Bi 2 O 3 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 - forms glasses when fused with other oxides or mixtures of oxides.

Стекловидную композицию с полупроводниковым слоем на поверхности можно получить непосредственно путем вытягивания из ванны с расплавом жидкого стекла (один из методов изготовления листового стекла). Или по методу Чохральского: затравку опускают в жидкое стекло, чтобы оно ее смочило, а дальше затравку вытягивают вверх, вращая ее. При этом можно получить как слиток, так и трубку (затравка в виде трубки). Скоростью подъема и вращением регулируется размер изделия.A glassy composition with a semiconductor layer on the surface can be obtained directly by pulling liquid glass from a bath with a melt (one of the methods for manufacturing sheet glass). Or according to the Czochralski method: the seed is lowered into liquid glass to wet it, and then the seed is pulled upward, rotating it. In this case, you can get both an ingot and a tube (seed in the form of a tube). The speed of rise and rotation is controlled by the size of the product.

Возможно зонное образование полупроводникового слоя на поверхности стекла, по типу зонной переплавки кремния: нагреватель двигается вдоль стеклянного образца, переводя стекло в жидкое состояние в необходимом месте (с соответствующей диссоциацией окислов и т.д.).Zonal formation of a semiconductor layer on the glass surface is possible, similar to the zone melting of silicon: the heater moves along the glass sample, converting the glass to a liquid state in the required place (with the corresponding dissociation of oxides, etc.)

Плазменная сварка в атмосфере аргона или неона (с соответствующими газовыми примесями) обеспечивает малые размеры зоны расплавленного стекла. В атмосфере аргона (неона) плазменная струя нагревается до температуры 15000-25000°С [6].Plasma welding in an atmosphere of argon or neon (with the corresponding gas impurities) provides small dimensions of the molten glass zone. In an atmosphere of argon (neon), the plasma jet is heated to a temperature of 15000-25000 ° C [6].

Стеклянную пластину или керамическую (металлическую) подложку с нанесенным на нее стеклом допустимо охлаждать и нагревать. Плазмотрон (плазменную горелку) и подложку со стеклом можно двигать, поднимать и опускать. Длина газовой струи регулируется давлением и объемом поступающего в плазматрон газа (с помощью ротаметра). Поверхностный слой стекла плазменной струей может нагреваться до температуры 25000°С. Стекло испаряется при температуре выше 5000°С.It is permissible to cool and heat a glass plate or a ceramic (metal) substrate with glass deposited on it. The plasma torch (plasma torch) and the substrate with glass can be moved, raised and lowered. The length of the gas stream is regulated by the pressure and volume of the gas entering the plasmatron (using a rotameter). The surface layer of glass with a plasma jet can be heated to a temperature of 25,000 ° C. Glass evaporates at temperatures above 5000 ° C.

Интенсивные химические процессы гораздо энергичнее проходят в жидкой среде (по сравнению с твердым телом). Многие сорта минерального стекла начинают размягчаться при температуре 500°С. Возможный интервал термообработки стекла для изготовления стекловидной композиции расположен в пределах 500-5000°С.Intensive chemical processes are much more energetic in a liquid medium (compared to a solid). Many varieties of mineral glass begin to soften at a temperature of 500 ° C. The possible interval of heat treatment of glass for the manufacture of a glassy composition is in the range of 500-5000 ° C.

Известен флоат - процесс изготовления листового стекла большой площади. Сущность этого способа: регулируемое количество стекломассы в виде струи выливается из стекловаренной печи в ванну с расплавленным оловом, растекаясь по жидкому олову (удельный вес стекла меньше удельного веса олова), превращается в ленту стекла с огненно-полированными поверхностями. Процесс ведут в азотно-водородной атмосфере (водород очищает поверхность жидкого олова от окисных пленок).Float is known - the manufacturing process of large-area flat glass. The essence of this method: an adjustable amount of molten glass in the form of a jet is poured from a glass melting furnace into a bath with molten tin, spreading over liquid tin (the specific gravity of the glass is less than the specific gravity of tin), turns into a glass ribbon with fire-polished surfaces. The process is conducted in a nitrogen-hydrogen atmosphere (hydrogen cleans the surface of liquid tin from oxide films).

Именно так изготавливают увиолевые стекла (повышенная прозрачность в ультрафиолетовой области света с длиной волны 280÷320 нм). Эти стекла пропускают ультрафиолетовые лучи в отличие от обычного стекла.This is how uviol glasses are made (increased transparency in the ultraviolet region of light with a wavelength of 280 ÷ 320 nm). These glasses transmit ultraviolet rays in contrast to ordinary glass.

Стандартный состав увиолевого стекла: 69,5% SiO2; 5,5,% CaO; 3,5% MgO; 5% BaO; 12,5% Na2O; 4% K2O; температура размягчения 550°С, полное расплавление ~ 950°С.The standard composition of the uviole glass: 69.5% SiO 2 ; 5.5% CaO; 3.5% MgO; 5% BaO; 12.5% Na 2 O; 4% K 2 O; softening temperature 550 ° С, complete melting ~ 950 ° С.

Предлагается способ изготовления стекла с большой площадью светоизлучения: в флоат-процессе азотно-водородную газовую смесь заменить инертным газом (с низким парциальным давлением присутствующей примеси кислорода) с добавкой элементов V группы (на поверхности стекла образуются полупроводниковые соединения типа А2В5) или VI группы периодической системы (образование системы типа А2В6).(Возможно совместное легирование с образованием совместных соединений A2B5 и A2B6.)A method for manufacturing glass with a large light emission area is proposed: in the float process, replace the nitrogen-hydrogen gas mixture with an inert gas (with a low partial pressure of the present oxygen impurity) with the addition of Group V elements (type A 2 B 5 semiconductor compounds are formed on the glass surface) or VI groups of the periodic system (the formation of a system of type A 2 B 6 ). (Possible joint doping with the formation of joint compounds A 2 B 5 and A 2 B 6. )

Наиболее просто подавать в закрытую ванну расплавленного олова и стекла газ аргон в смеси с азотом. Давление поступающего инертного газа должно превышать атмосферное давление.It is easiest to feed argon gas mixed with nitrogen into a closed bath of molten tin and glass. The pressure of the incoming inert gas must exceed atmospheric pressure.

Во всех приведенных вариантах изготовления стекловидных композиций процесс термообработки стекла должен проходить в близком присутствии мощных кислородных поглотителей. Доступ воздуха к изделию после термообработки допускается при остуживании изделия (в инертном газе) до температуры ≤100°С. Дальнейшие конструкторско-технологические проработки покажут, что возможно образование тонкой окисной диэлектрической пленки на поверхности полупроводникового слоя стекловидной композиции, с соответствующей корректировкой температуры вскрытия рабочей камеры (после завершения термообработки) с доступом в нее окружающего воздуха.In all of the above options for the manufacture of glassy compositions, the process of heat treatment of glass should take place in the close presence of powerful oxygen scavengers. Air access to the product after heat treatment is allowed when the product is cooled (in an inert gas) to a temperature of ≤100 ° C. Further design and technological studies will show that it is possible to form a thin oxide dielectric film on the surface of the semiconductor layer of the glassy composition, with appropriate adjustment of the opening temperature of the working chamber (after completion of the heat treatment) with access to ambient air.

Источники информацииInformation sources

1. Лашко С. В., Лашко Н.Ф. "Пайка металлов". - М.: Машиностроение, 1988 г., с.177-179.1. Lashko S.V., Lashko N.F. "Soldering metals." - M.: Mechanical Engineering, 1988, p. 177-179.

2. Патент RU 2436741 «Способ изготовления стекловидной композиции и контейнер для ее термообработки» Автор: Ксенофонтов Олег Петрович.2. Patent RU 2436741 “A method of manufacturing a glassy composition and a container for heat treatment” Author: Ksenofontov Oleg Petrovich.

3. Эспе В. «Технология электровакуумных материалов», т.3, "Вспомогательные материалы", М.-Д., Энергия, 1969 г., с.312, 320.3. Espe V. "Technology of electrovacuum materials", t.3, "Auxiliary materials", M.-D., Energy, 1969, S. 312, 320.

4. Хансен М., Андерко К. "Структуры двойвых сплавов", М., - Металлургиздат, 1962 г., т.2, 4а - с.647, 46 - с.730, 4в - с.1085.4. Hansen M., Anderko K. "Structures of double alloys", M., Metallurgizdat, 1962, v.2, 4a - p.647, 46 - p.730, 4c - p.1085.

5. Любимов М.Л. "Спаи металла со стеклом", М., Энергия, 1968 г. с.41-44.5. Lyubimov M.L. "Joints of metal with glass", M., Energy, 1968, pp. 41-44.

6. Фролов В.В., Винокуров В.А., Волченко В.Н. и др. "Теоретические основы сварки", М., Высшая школа, 1970 г., с.142÷149.6. Frolov V.V., Vinokurov V.A., Volchenko V.N. and others. "Theoretical foundations of welding", M., Higher school, 1970, S. 142 ÷ 149.

Claims (6)

1. Стекловидная композиция на основе минерального стекла, содержащего окислы элементов II, и/или III, и/или IV группы периодической системы, отличающаяся тем, что поверхность стекла покрыта выращенным слоем электропроводящего и светоизлучающего полупроводникового соединения типа A2B5, и/или A2B6, и/или А3В5, и/или А4В6.1. A glassy composition based on mineral glass containing oxides of elements of the II, and / or III, and / or IV groups of the periodic system, characterized in that the surface of the glass is covered with a grown layer of electrically conductive and light-emitting semiconductor compounds of type A 2 B 5 , and / or A 2 B 6 , and / or A 3 B 5 , and / or A 4 B 6 . 2. Способ изготовления стекловидной композиции на основе минерального стекла, содержащего окислы элементов II, и/или III, и/или IV группы периодической системы, отличающийся тем, что для образования на стеклянной поверхности слоя электропроводящего и светоизлучающего соединения типа А2В5, и/или А2В6, и/или А3В5, и/или А4В6 стекло подвергают термообработке путем нагрева в инертном газе при температуре 500-5000°С, легируют стекло до или в процессе термообработки элементами V и/или VI группы, удаляют кислород из зоны термообработки.2. A method of manufacturing a glassy composition based on mineral glass containing oxides of elements of the II, and / or III, and / or IV groups of the periodic system, characterized in that for the formation on the glass surface of a layer of an electrically conductive and light-emitting compound of type A 2 B 5 , and / or A 2 B 6 and / or A 3 B 5 and / or A 4 B 6 the glass is subjected to heat treatment by heating in an inert gas at a temperature of 500-5000 ° C, the glass is alloyed before or during the heat treatment with elements V and / or Group VI, remove oxygen from the heat treatment zone. 3. Способ изготовления стекловидной композиции п.2, отличающийся тем, что полупроводниковое соединение выращивают, смещая нагреватель над поверхностью стекла.3. A method of manufacturing a glassy composition according to claim 2, characterized in that the semiconductor compound is grown by moving the heater above the glass surface. 4. Способ изготовления стекловидной композиции п.2, отличающийся тем, что полупроводниковое соединение выращивают на стеклянном покрытии термостойкой подложки.4. A method of manufacturing a glassy composition according to claim 2, characterized in that the semiconductor compound is grown on a glass coating of a heat-resistant substrate. 5. Способ изготовления стекловидной композиции п.2, отличающийся тем, что композицию вытягивают из жидкого расплава стекла.5. A method of manufacturing a glassy composition according to claim 2, characterized in that the composition is pulled from a molten glass melt. 6. Способ изготовления стекловидной композиции п.2, отличающийся тем, что получение листового стекла с большой поверхностью излучения осуществляют флоат-методом в атмосфере инертного газа. 6. A method of manufacturing a glassy composition according to claim 2, characterized in that the sheet glass with a large radiation surface is produced by the float method in an inert gas atmosphere.
RU2012146534/28A 2012-10-31 2012-10-31 Glassy composition manufacturing method RU2529443C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012146534/28A RU2529443C2 (en) 2012-10-31 2012-10-31 Glassy composition manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012146534/28A RU2529443C2 (en) 2012-10-31 2012-10-31 Glassy composition manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012146534A RU2012146534A (en) 2014-05-10
RU2529443C2 true RU2529443C2 (en) 2014-09-27

Family

ID=50629328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012146534/28A RU2529443C2 (en) 2012-10-31 2012-10-31 Glassy composition manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2529443C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642679C1 (en) * 2017-03-28 2018-01-25 Юлия Алексеевна Щепочкина Crystal glass

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1661156A1 (en) * 1988-05-23 1991-07-07 МГУ им.М.В.Ломоносова Method of producing nitrided phosphate glass
RU2009111381A (en) * 2006-08-29 2010-10-10 Пилкингтон Груп Лимитед (Gb) METHOD FOR MANUFACTURING GLASSWARE WITH CONTAINING DOPING IMPURITIES COATING OF ZINC OXIDE, HAVING LOW SPECIFIC RESISTANCE, AND GLASSWARE WITH COATING, MANUFACTURED
RU2445281C2 (en) * 2006-08-29 2012-03-20 Пилкингтон Груп Лимитед Method of applying doped zinc oxide coatings, having low resistivity and articles made using said method
RU2436741C9 (en) * 2009-09-22 2012-03-27 Олег Петрович Ксенофонтов Method to produce glassy composition and container for its thermal treatment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1661156A1 (en) * 1988-05-23 1991-07-07 МГУ им.М.В.Ломоносова Method of producing nitrided phosphate glass
RU2009111381A (en) * 2006-08-29 2010-10-10 Пилкингтон Груп Лимитед (Gb) METHOD FOR MANUFACTURING GLASSWARE WITH CONTAINING DOPING IMPURITIES COATING OF ZINC OXIDE, HAVING LOW SPECIFIC RESISTANCE, AND GLASSWARE WITH COATING, MANUFACTURED
RU2445281C2 (en) * 2006-08-29 2012-03-20 Пилкингтон Груп Лимитед Method of applying doped zinc oxide coatings, having low resistivity and articles made using said method
RU2436741C9 (en) * 2009-09-22 2012-03-27 Олег Петрович Ксенофонтов Method to produce glassy composition and container for its thermal treatment

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642679C1 (en) * 2017-03-28 2018-01-25 Юлия Алексеевна Щепочкина Crystal glass

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012146534A (en) 2014-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI545097B (en) Arsenic-free spinel glass-ceramics with high visible transmission
JP5694935B2 (en) Method for obtaining glass and glass obtained
JP4757424B2 (en) Alkali-containing aluminum borosilicate glass and use thereof
JP3929026B2 (en) Aluminoborosilicate glass containing alkaline earth metal and use of this glass
JP5671041B2 (en) Aluminosilicate glass with high heat resistance and low working temperature
JP5642363B2 (en) Glass substrate
WO2013105625A1 (en) Glass
JP5890321B2 (en) Photocell with substrate glass made from aluminosilicate glass
CN102333732A (en) Glass sheet
CN102290459A (en) Utilization of glasses for photovoltaic applications
RU2529443C2 (en) Glassy composition manufacturing method
JP2013507322A (en) Method for producing glass plate containing antimony oxide
CN111592227B (en) Cs3Sb2Br9Perovskite nanocrystalline composite chalcogenide glass ceramic material and preparation method thereof
WO2016043285A1 (en) Glass substrate and cigs solar cell
JP7020458B2 (en) Glass substrate with film and its manufacturing method
Samiei et al. Exploring CsPbX3 (X= Cl, Br, I) Perovskite Nanocrystals in Amorphous Oxide Glasses: Innovations in Fabrication and Applications
JP2014509583A (en) Photovoltaic substrate
CN112028477A (en) Quantum dot luminescent glass and preparation method and application thereof
WO2018170974A1 (en) Glass ceramic for exciting high-power semiconductor light source, preparation method therefor, and application thereof
WO2012060337A1 (en) Semiconductor encapsulating non-lead glass and semiconductor encapsulating coating tube
Loryuenyong et al. Use of Eggshell Waste as a source of CaO in Sm3+-Doped Na2O-B2O3-CaO-SiO2 Glass Preparation
JP2016098133A (en) Glass substrate, cigs solar cell, method for manufacturing glass substrate
JP2014136667A (en) Glass substrate with protective film
JP2015195318A (en) Metal chalcogenide compound coating composition, metal chalcogenide compound film-attached substrate, and photoelectric conversion device
RU2436741C2 (en) Method to produce glassy composition and container for its thermal treatment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161101