RU2585479C1 - PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR - Google Patents

PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR Download PDF

Info

Publication number
RU2585479C1
RU2585479C1 RU2015123220/03A RU2015123220A RU2585479C1 RU 2585479 C1 RU2585479 C1 RU 2585479C1 RU 2015123220/03 A RU2015123220/03 A RU 2015123220/03A RU 2015123220 A RU2015123220 A RU 2015123220A RU 2585479 C1 RU2585479 C1 RU 2585479C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
glass
reactor
arsenic
quartz
Prior art date
Application number
RU2015123220/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Леонид Александрович Мочалов
Алексей Сергеевич Лобанов
Аскольд Витальевич Стриковский
Александр Владимирович Костров
Андрей Николаевич Степанов
Владимир Михайлович Воротынцев
Алексей Владимирович Нежданов
Александр Иванович Машин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН)
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН)
Priority to RU2015123220/03A priority Critical patent/RU2585479C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2585479C1 publication Critical patent/RU2585479C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/32—Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
    • C03C3/321—Chalcogenide glasses, e.g. containing S, Se, Te

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

FIELD: glass.
SUBSTANCE: invention relates to production of high-purity chalcogenide glass for producing optical elements, light guides and wide-gap semiconductor devices. Invention enables to avoid contamination of obtained chalcogenide glass due to partial decomposition of initial substances, as well as reduces amount of impurities, coming from materials equipment. Method of producing chalcogenide glass involves loading initial substances containing arsenic and sulphur, in flow plasma-chemical reactor, initiating interaction reaction of arsenic and sulphur high-frequency plasma discharge in conditions of nonequilibrium plasma at low pressure to form a charge chalcogenide glass and obtaining of chalcogenide glass. Initial substances used are elementary arsenic As and sulphur S, and inert gas is used as transport and plasma-forming gas. Obtaining of chalcogenide glass is performed by sealing reactor and its installation in swinging furnace, melting and homogenisation of glass-forming compounds and their cooling. Device comprises plasma-chemical reactor and pumping system.
EFFECT: reactor is made in form of a flow quartz tube, equipped with plasma-forming system and system of diagnostics, and system for feeding selected gas mixture comprises especially pure quartz reservoirs with loading quartz containers for solid-state arsenic and sulphur.
3 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к химии, а именно к производству высокочистых стекол, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов, световодов и широкозонных полупроводниковых устройств, применяемых в оптике и оптоэлектронных приборах ближнего и среднего ИК-диапазона.The invention relates to chemistry, namely to the production of high-purity glasses, which can be used for the manufacture of optical elements, optical fibers and wide-gap semiconductor devices used in optics and optoelectronic devices of the near and middle infrared range.

Высокочистые халькогенидные стекла системы As-S являются перспективным материалом для создания оптических приборов нового поколения, таких как приборы ночного видения, новых источников излучения инфракрасного диапазона, электронных устройств, содержащих химические и биологические датчики обнаружения CO2, медицинского диагностического оборудования. Кроме того, показаны потенциальные возможности применения стекол системы As-S для создания непрерывного однокаскадного Рамановского лазера, а также генерации суперконтинуума. Высокая чистота является одной из важнейших характеристик этих материалов, т.к. именно содержание примесей определяет их функциональную пригодность и возможность коммерческой реализации.High-purity chalcogenide glasses of the As-S system are a promising material for the creation of a new generation of optical devices, such as night vision devices, new infrared radiation sources, electronic devices containing chemical and biological sensors for CO 2 detection, and medical diagnostic equipment. In addition, the potential possibilities of using glasses of the As-S system to create a continuous single-stage Raman laser, as well as supercontinuum generation, are shown. High purity is one of the most important characteristics of these materials, as it is the content of impurities that determines their functional suitability and commercial feasibility.

Существующие методы синтеза имеют ограниченные возможности в части снижения содержания примесей соединений водорода и кислорода в стекле, являющихся одним из основных источников оптических потерь.Existing synthesis methods have limited possibilities in terms of reducing the content of impurities of hydrogen and oxygen compounds in glass, which are one of the main sources of optical loss.

Традиционный способ и устройство получения халькогенидных стекол системы As-S основаны на плавлении элементов мышьяка и серы в запаянном вакуумированном контейнере из кварцевого стекла с последующим отверждением расплава в стекло (см., например, Борисова З.У. - Химия стеклообразующих полупроводников. Изд-во ЛГУ, 1972, 246 с.). Устройство содержит кварцевую ампулу, размер которой определяется количеством загружаемых исходных веществ, вакуумную систему и печь резистивного нагрева. Указанный способ включает в себя загрузку исходных веществ в реактор в заданных количествах, его вакуумирование, синтез шихты халькогенидного стекла в запаянном реакторе, ее плавление, гомогенизацию и отверждение в стекло. Недостатками данного способа являются невозможность полного исключения загрязнения исходных веществ при загрузке, а также условия синтеза шихты (высокая температура (800-950°С) и длительность синтеза (10-40 часов)), при которых изготавливаемое халькогенидное стекло загрязняется материалами аппаратуры. Кроме того, взвешивание исходных компонентов даже в защитной атмосфере, последующее их измельчение и загрузка в реактор приводят к загрязнению стекла оксидами исходных элементов и водой.The traditional method and device for producing chalcogenide glasses of the As-S system is based on the melting of arsenic and sulfur elements in a sealed evacuated quartz glass container, followed by solidification of the melt into glass (see, for example, Borisova ZU - Chemistry of glass-forming semiconductors. Publishing House LSU, 1972, 246 p.). The device contains a quartz ampoule, the size of which is determined by the number of starting materials loaded, a vacuum system and a resistance heating furnace. The specified method includes loading the starting materials into the reactor in predetermined quantities, evacuating it, synthesizing a charge of chalcogenide glass in a sealed reactor, melting it, homogenizing and curing it in glass. The disadvantages of this method are the impossibility of completely eliminating the contamination of the starting materials during loading, as well as the conditions for the synthesis of the mixture (high temperature (800-950 ° C) and the duration of the synthesis (10-40 hours)), in which the produced chalcogenide glass is contaminated with materials of the apparatus. In addition, the weighing of the starting components even in a protective atmosphere, their subsequent grinding and loading into the reactor lead to glass contamination with the oxides of the starting elements and water.

Известны технические решения, направленные на повышение степени чистоты халькогенидных стекол, полученных сплавлением элементов. Это проведение загрузки мышьяка и серы в реактор вакуумной сублимацией и дистилляцией (M.F. Churbanov, J.N.C.S., 140 (1992), 324-330) и использование в качестве источника мышьяка моносульфида мышьяка, более устойчивого к окислению и более летучего по сравнению с элементарным мышьяком, предварительно очищенного вакуумной дистилляцией с удельной скоростью испарения (0.8-1)·10-3 г/см2с (патент РФ 1721997, МКИ C03B 37/023, заявл. 02.04.1990). Исходя из состава получаемого стекла в исходную шихту добавляют остальные компоненты, учитывая количество используемого моносульфида мышьяка. Устройство для реализации данного способа отличается от традиционного тем, что к основной ампуле, в которой проводится синтез, подпаиваются вакуумированные и снабженные магнитными деструкторами ампулы с исходными веществами, из которых методом дистилляции при пониженном давлении при непрерывной откачке (динамический вакуум) и производят перегрузку исходных веществ в реакционную ампулу.Known technical solutions aimed at increasing the purity of chalcogenide glasses obtained by fusion of elements. This is the loading of arsenic and sulfur into the reactor by vacuum sublimation and distillation (MF Churbanov, JNCS, 140 (1992), 324-330) and the use of arsenic monosulfide, which is more resistant to oxidation and more volatile than elemental arsenic, previously purified by vacuum distillation with a specific evaporation rate (0.8-1) · 10 -3 g / cm 2 s (RF patent 1721997, MKI C03B 37/023, application. 04/02/1990). Based on the composition of the obtained glass, the remaining components are added to the initial charge, taking into account the amount of arsenic monosulfide used. The device for implementing this method differs from the traditional one in that the main ampoule, in which the synthesis is carried out, is soldered to the ampoules with the starting materials vacuumized and equipped with magnetic destructors, of which the starting materials are overloaded by distillation under reduced pressure under continuous pumping (dynamic vacuum) and overloaded into the reaction vial.

Известен также «Способ получения халькогенидных стекол системы As-S с низким содержанием кислорода» (патент РФ RU 2419589, МПК C03C 3/32 (2006.01), публ. 27.05.2011). Данный способ включает сплавление высокочистых мышьяка и серы в вакуумированном кварцевом реакторе, при этом источником As является моносульфид мышьяка, полученный взаимодействием серы с мышьяком в присутствии паров сероуглерода. Синтез моносульфида мышьяка ведут, предпочтительно, при температуре не выше 450°С, после чего полученный моносульфид мышьяка очищают вакуумной дистилляцией с удельной скоростью испарения (0.8-1)·10-3 г/см2с. Затем к моносульфиду мышьяка добавляют серу и ведут сплавление стеклообразующей шихты из моносульфида мышьяка и серы при температуре не выше 750°С. Устройство для реализации данного способа отличается от указанного выше наличием дополнительной газовой линии, через которую в систему подается сероуглерод.Also known is the "Method of producing chalcogenide glasses of the As-S system with a low oxygen content" (RF patent RU 2419589, IPC C03C 3/32 (2006.01), publ. 05.27.2011). This method involves the fusion of high-purity arsenic and sulfur in a vacuum quartz reactor, the source of As being arsenic monosulfide obtained by the interaction of sulfur with arsenic in the presence of carbon disulfide vapor. The synthesis of arsenic monosulfide is carried out, preferably, at a temperature not exceeding 450 ° C, after which the resulting arsenic monosulfide is purified by vacuum distillation with a specific evaporation rate (0.8-1) · 10 -3 g / cm 2 s. Then sulfur is added to arsenic monosulfide and the glass-forming mixture is fused from arsenic monosulfide and sulfur at a temperature not exceeding 750 ° C. The device for implementing this method differs from the above by the presence of an additional gas line through which carbon disulfide is supplied to the system.

Основными недостатками данного способа являются его многостадийность и высокая температура синтеза шихты халькогенидного стекла, при этом температура синтеза хотя и не превышает 750°С остается достаточно высокой на протяжении всей операции синтеза шихты. Кроме того, на протяжении всего синтеза шихты имеет место контакт расплава со стенками реактора, что приводит к заметному загрязнению получаемых стекол материалами аппаратуры.The main disadvantages of this method are its multi-stage and high temperature synthesis of the charge of chalcogenide glass, while the synthesis temperature, although not exceeding 750 ° C, remains quite high throughout the entire operation of the synthesis of the charge. In addition, during the entire synthesis of the charge, the melt comes into contact with the walls of the reactor, which leads to a noticeable contamination of the resulting glasses with equipment materials.

Снижение температуры стенок реактора при синтезе шихты халькогенидного стекла, а также уменьшение времени проведения процесса возможно при использовании низкотемпературной плазмы высокочастотного разряда в качестве реакционной среды вместо теплового нагрева стенок реактора, как в вышеупомянутых способах. Дополнительным преимуществом плазмохимического синтеза шихты халькогенидного стекла может являться увеличение скорости процесса и более простое масштабирование последнего. Известен плазмохимический способ получения халькогенидных стекол, в том числе системы As-S, и устройство для его реализации, в которых в качестве исходных веществ используют летучие гидриды элементов, а вместо термического нагрева - низкотемпературную неравновесную плазму (Е. Sleeckx, I. Nagels, R. Callaerts and M. Van Roy «Plasma-enhanced C.V.D. of amorphous GeS1-x, and GeSe1-x films», Journal de Physique 11, Volume 3, 1993; I. Nagels «Plasma-enhanced chemical vapor deposition and structural characterization of amorphous chalcogenide films», Semiconductors, Vol. 32, №8, 1998). Данный известный плазмохимический способ получения халькогенидных стекол, в том числе системы As-S, и устройство для его реализации взяты в качестве прототипов для заявляемых способа и устройства. Устройство прототип для получения стеклообразных тонких халькогенидных пленок, схематически представленное на Fig. 1 в статье Е. Sleeckx, I. Nagels, R. Callaerts and M. Van Roy «Plasma-enhanced C.V.D. of amorphous GeS1-x, and GeSe1-x films», Journal de Physique 11, Volume 3, 1993, содержит плазмохимический реактор, соединенный с системой напуска выбранной газовой смеси, снабженной электронными регуляторами расхода газов, и системой откачки, а также высокочастотный генератор. Плазмохимический реактор представляет собой вакуумируемую камеру из нержавеющей стали с внутренними плоскопараллельными круглыми электродами из нержавеющей стали, соединенными с высокочастотным генератором. Расстояние между ближайшими поверхностями плоскопараллельных круглых электродов варьируется от 30 до 80 мм. Давление в плазмохимическом реакторе поддерживается постоянным и равным 0.1 Торр. Плазменный разряд в плазмохимическом реакторе зажигается с помощью ВЧ-генератора с рабочей частотой 13.56 МГц и мощностью от 20 до 80 Вт.A decrease in the temperature of the walls of the reactor during the synthesis of a charge of chalcogenide glass, as well as a decrease in the time of the process, is possible using low-temperature plasma of high-frequency discharge as a reaction medium instead of heat heating the walls of the reactor, as in the above methods. An additional advantage of the plasma-chemical synthesis of a charge of chalcogenide glass can be an increase in the process speed and simpler scaling of the latter. A known plasma-chemical method for producing chalcogenide glasses, including the As-S system, and a device for its implementation, in which volatile hydrides of elements are used as starting materials, and instead of thermal heating, low-temperature nonequilibrium plasma (E. Sleeckx, I. Nagels, R Callaerts and M. Van Roy "Plasma-enhanced CVD of amorphous GeS 1-x , and GeSe 1-x films", Journal de Physique 11, Volume 3, 1993; I. Nagels "Plasma-enhanced chemical vapor deposition and structural characterization of amorphous chalcogenide films ”, Semiconductors, Vol. 32, No. 8, 1998). This known plasma-chemical method for producing chalcogenide glasses, including the As-S system, and a device for its implementation are taken as prototypes for the inventive method and device. The prototype device for producing glassy thin chalcogenide films, schematically shown in Fig. 1 in an article by E. Sleeckx, I. Nagels, R. Callaerts and M. Van Roy “Plasma-enhanced CVD of amorphous GeS 1-x , and GeSe 1-x films”, Journal de Physique 11, Volume 3, 1993, contains a plasma-chemical reactor connected to the inlet system of the selected gas mixture, equipped with electronic gas flow controllers, and a pumping system, as well as a high-frequency generator. The plasma-chemical reactor is a stainless steel evacuated chamber with internal plane-parallel round stainless steel electrodes connected to a high-frequency generator. The distance between the nearest surfaces of plane-parallel round electrodes varies from 30 to 80 mm. The pressure in the plasma-chemical reactor is kept constant and equal to 0.1 Torr. A plasma discharge in a plasma chemical reactor is ignited using an RF generator with an operating frequency of 13.56 MHz and a power of 20 to 80 watts.

Система напуска выбранной газовой смеси (смесь водорода и гидридов исходных элементов) включает в себя камеру, содержащую резервуары с исходными особо чистыми веществами и водородом в качестве плазмообразующего газа, а также газовые линии, прецизионные электронные регуляторы расхода газов и смеситель исходных газов с водородом, который в свою очередь соединен с плазмохимическим реактором посредством впускного отверстия в стенке реактора на высоте упомянутых электродов. Система откачки выбранной газовой смеси включает в себя выпускное отверстие в стенке плазмохимического реактора, расположенное напротив впускного отверстия, посредством которого к реактору подключен турбомолекулярный насос, соединенный с последующими агрегатами для откачки отработанных газов. Далее отработанные газы пропускаются через печь для разложения и удаляются в раствор KMnO4.The inlet system of the selected gas mixture (a mixture of hydrogen and hydrides of the starting elements) includes a chamber containing reservoirs with initial highly pure substances and hydrogen as a plasma-forming gas, as well as gas lines, precision electronic gas flow regulators and a source gas mixer with hydrogen, which in turn, connected to the plasma-chemical reactor by means of an inlet in the wall of the reactor at the height of said electrodes. The selected gas mixture evacuation system includes an outlet in the wall of the plasma chemical reactor located opposite the inlet, through which a turbomolecular pump connected to subsequent units for exhaust gas evacuation is connected to the reactor. Next, the exhaust gases are passed through a decomposition furnace and are removed into the KMnO 4 solution.

Плазмохимический способ-прототип получения халькогенидных стекол, в том числе и системы As-S, известный из упомянутой выше статьи (I. Nagels «Plasma-enhanced chemical vapor deposition and structural characterization of amorphous chalcogenide films», Semiconductors, Vol. 32, №8, 1998), с помощью описанного выше устройства прототипа реализуют следующим образом. На плоскопараллельные круглые электроды в плазмохимическом реакторе помещают подложки из кварцевого стекла и кремниевые подложки, на которых и осуществляется рост стеклообразных халькогенидных тонких пленок. Плазмохимический реактор откачивают до рабочего давления. После этого через газовые линии и прецизионные регуляторы расхода газов подают исходные газы - гидриды элементов (AsH3, H2S) и водород H2, являющийся плазмообразующим газом, которые смешивают в специальной промежуточной емкости, из которой газовая смесь с заданным соотношением компонентов поступает в плазмохимический реактор. В плазмохимическом реакторе инициируют высокочастотный емкостной разряд с образованием плазмы, обеспечивающей химическое взаимодействие исходных газов. При этом стенки реактора остаются холодными, а температура нагрева электродов не превышает 50°С. Получаемые стеклообразные халькогенидные тонкие пленки системы As-S осаждаются на кремниевых и кварцевого стекла подложках, прикрепленных к обоим электродам. Средняя продолжительность такого эксперимента составляет примерно 1 час.The plasma-chemical prototype method for producing chalcogenide glasses, including the As-S system, known from the above article (I. Nagels "Plasma-enhanced chemical vapor deposition and structural characterization of amorphous chalcogenide films", Semiconductors, Vol. 32, No. 8 , 1998), using the prototype device described above, is implemented as follows. Quartz glass substrates and silicon substrates are placed on plane-parallel round electrodes in a plasma-chemical reactor, on which glassy chalcogenide thin films are grown. The plasma-chemical reactor is pumped to operating pressure. After that, the source gases are supplied through gas lines and precision gas flow regulators - element hydrides (AsH 3 , H 2 S) and hydrogen H 2 , which is a plasma-forming gas, which are mixed in a special intermediate container, from which the gas mixture with a given ratio of components enters plasma chemical reactor. A high-frequency capacitive discharge is initiated in a plasma-chemical reactor with the formation of a plasma, which ensures the chemical interaction of the feed gases. In this case, the walls of the reactor remain cold, and the temperature of the heating of the electrodes does not exceed 50 ° C. The resulting glassy chalcogenide thin films of the As-S system are deposited on silicon and quartz glass substrates attached to both electrodes. The average duration of such an experiment is approximately 1 hour.

Недостатками способа-прототипа и устройства-прототипа являются сильное загрязнение конечных продуктов (стеклообразных халькогенидных тонких пленок) водородными группами, что является следствием неполного разложения исходных веществ - гидридов AsH3 и H2S плазмой, а также невозможность получения объемных образцов халькогенидных стекол.The disadvantages of the prototype method and the prototype device are severe contamination of the final products (glassy chalcogenide thin films) with hydrogen groups, which is the result of incomplete decomposition of the starting materials - AsH 3 and H 2 S hydrides by plasma, as well as the impossibility of obtaining bulk samples of chalcogenide glasses.

Задачей, на решение которой направленно предлагаемое изобретение, является разработка плазмохимического способа получения халькогенидных стекол системы As-S и устройства для его реализации, позволяющих исключить загрязнение получаемого стекла за счет неполного разложения исходных веществ, уменьшить количество примесей, поступающих из материалов аппаратуры, а также получить объемные образцы халькогенидных стекол.The problem to which the invention is directed is to develop a plasma-chemical method for producing chalcogenide glasses of the As-S system and a device for its implementation, which can eliminate pollution of the resulting glass due to incomplete decomposition of the starting materials, reduce the amount of impurities coming from the equipment materials, and also obtain bulk samples of chalcogenide glasses.

Технический результат предлагаемого изобретения, заключающийся в снижении загрязняющих примесей в составе получаемых халькогенидных стекол системы As-S, обеспечивается в части способа за счет того, что предлагаемый способ, как и способ-прототип, включает в себя загрузку исходных веществ, содержащих мышьяк и серу, в проточный плазмохимический реактор, инициирование реакции взаимодействия мышьяка и серы в упомянутом реакторе высокочастотным плазменным разрядом в условиях неравновесной плазмы при пониженном давлении с образованием шихты халькогенидного стекла и получение самого халькогенидного стекла.The technical result of the invention, which consists in reducing pollutants in the composition of the obtained chalcogenide glasses of the As-S system, is provided in part of the method due to the fact that the proposed method, like the prototype method, includes loading the starting substances containing arsenic and sulfur, into a flow plasma-chemical reactor, initiating a reaction of interaction of arsenic and sulfur in the said reactor with a high-frequency plasma discharge under conditions of a nonequilibrium plasma under reduced pressure with the formation of a charge chalcogenide glass and receipt of chalcogenide glass.

Новым в предлагаемом способе является то, что в качестве исходных веществ для загрузки в проточный плазмохимический реактор из кварцевого стекла используют элементарные мышьяк As и серу S, а в качестве транспортного и плазмообразующего газа используют какой-либо из инертных газов, при этом последующее получение самого халькогенидного стекла из изготовленной в реакторе шихты проводят путем отпайки реактора и установки его в качающуюся печь, плавления и гомогенизации стеклообразующих соединений в реакторе в качающейся печи и охлаждения стеклообразующих соединений в стекло.New in the proposed method is that elementary arsenic As and sulfur S are used as starting materials for loading into a flowing plasma chemical reactor from quartz glass, and any of the inert gases is used as a transport and plasma forming gas, with the subsequent production of the chalcogenide glass from a mixture made in the reactor is carried out by soldering the reactor and installing it in a swinging furnace, melting and homogenizing the glass-forming compounds in the reactor in a swinging furnace and cooling tekloobrazuyuschih compounds in glass.

Технический результат предлагаемого изобретения в части устройства обеспечивается за счет того, что предлагаемое устройство, как и устройство-прототип, содержит плазмохимический реактор, соединенный с системой напуска выбранной газовой смеси, снабженной электронными регуляторами расхода газов, и системой откачки, а также высокочастотный генератор.The technical result of the invention in terms of the device is ensured by the fact that the proposed device, like the prototype device, contains a plasma-chemical reactor connected to the inlet system of the selected gas mixture, equipped with electronic gas flow controllers, and a pumping system, as well as a high-frequency generator.

Новым в предлагаемом устройстве является то, что плазмохимический реактор изготовлен в виде проточной кварцевой трубки, снабженной плазмообразующей системой, соединенной с высокочастотным генератором, и системой диагностики, а система напуска выбранной газовой смеси включает в себя особо чистые кварцевые резервуары с загрузочными кварцевыми емкостями для твердотельных мышьяка и серы, при этом упомянутые кварцевые резервуары снабжены внешними нагревательными элементами для поддержания постоянных давлений насыщенного пара элементарных мышьяка и серы в кварцевых резервуарах, соединенных с плазмохимическим реактором системой подачи транспортного газа.New in the proposed device is that the plasma-chemical reactor is made in the form of a flowing quartz tube equipped with a plasma-forming system connected to a high-frequency generator and a diagnostic system, and the inlet system of the selected gas mixture includes highly pure quartz tanks with loading quartz tanks for solid-state arsenic and sulfur, wherein said quartz tanks are provided with external heating elements to maintain constant saturated vapor pressure of the element arsenic and sulfur in quartz tanks connected to a plasma chemical reactor by a transport gas supply system.

Достижение указанного технического результата авторы могут объяснить тем, что в предлагаемом плазмохимическом способе получения высокочистых халькогенидных стекол системы As-S в качестве исходных компонентов используют высокочистые элементы - мышьяк и серу, которые постоянно поступают в проточный плазмохимический реактор, инициирование реакции взаимодействия серы и мышьяка производят плазменным разрядом, синтез шихты халькогенидного стекла проводят в условиях неравновесной плазмы высокочастотного разряда (индукционного или емкостного, либо смешанного) при пониженном давлении, при этом твердые продукты реакции, представляющие собой шихту халькогенидного стекла, осаждаются на стенку плазмохимического реактора и находятся на ней до гомогенизации расплава при температуре, например, 250°С, что намного ниже, чем при традиционном тепловом нагреве стенок реактора.The authors can explain the achievement of the indicated technical result by the fact that in the proposed plasmochemical method for producing high-purity chalcogenide glasses of the As-S system, high-purity elements — arsenic and sulfur, which constantly enter the flow plasma-chemical reactor — are used as initial components, and the reaction of sulfur and arsenic interaction is produced by plasma discharge, the synthesis of a charge of chalcogenide glass is carried out in a nonequilibrium plasma of a high-frequency discharge (induction or capacitance solid or mixed) under reduced pressure, while the solid reaction products, which are a mixture of chalcogenide glass, are deposited on the wall of the plasma chemical reactor and are on it until the melt is homogenized at a temperature, for example, 250 ° C, which is much lower than with traditional thermal heating the walls of the reactor.

Достижение технического результата обеспечивается также тем, что элементарные сера и мышьяк выбраны вместо их гидридов в качестве исходных веществ, что позволяет уменьшить количество примесей, поступающих в изготавливаемое халькогенидное стекло за счет неполного разложения исходных веществ.The achievement of the technical result is also ensured by the fact that elemental sulfur and arsenic are selected instead of their hydrides as starting materials, which allows reducing the amount of impurities entering the manufactured chalcogenide glass due to incomplete decomposition of the starting materials.

Плазменный разряд, используемый вместо термического нагрева, обеспечивает активацию химических связей за счет высокой концентрации «нагретых» электронов, способных снять кинетические ограничения химической реакции, что дает не только высокий выход конечного продукта, но и его высокую чистоту, в том числе за счет того, что температура стенок реактора во время плазменного разряда выбирается из интервала температур от 19°С до 750°С, например 250°С.The plasma discharge used instead of thermal heating ensures the activation of chemical bonds due to the high concentration of “heated” electrons that can remove the kinetic limitations of the chemical reaction, which gives not only a high yield of the final product, but also its high purity, including due to that the temperature of the walls of the reactor during the plasma discharge is selected from the temperature range from 19 ° C to 750 ° C, for example 250 ° C.

Синтезированная шихта осаждается на поверхность реактора в реакционной зоне плазмы в виде твердых продуктов реакции, что предотвращает контакт основной массы шихты со стенками реактора на стадии синтеза шихты и понижает температуру синтеза шихты по сравнению с традиционными методами, а также дает возможность получать как пленки, так и объемные образцы стекол по сравнению с прототипом. Кроме того, использование летучих элементов вместо их гидридов исключает возможность загрязнения конечных стекол примесями водорода по сравнению с прототипом.The synthesized charge is deposited on the surface of the reactor in the plasma reaction zone in the form of solid reaction products, which prevents contact of the bulk of the charge with the walls of the reactor at the stage of synthesis of the charge and lowers the temperature of the synthesis of the charge in comparison with traditional methods, and also makes it possible to obtain both films and volumetric glass samples compared to the prototype. In addition, the use of volatile elements instead of their hydrides eliminates the possibility of contamination of the final glass with hydrogen impurities in comparison with the prototype.

Упомянутые признаки являются существенными, т.к. они необходимы и достаточны для решения поставленной задачи - уменьшить количество примесей в изготовленном халькогенидном стекле, поступающих из исходных веществ и материалов аппаратуры.The mentioned features are significant, because they are necessary and sufficient to solve the task - to reduce the amount of impurities in the manufactured chalcogenide glass coming from the starting materials and equipment materials.

В частном случае изготовления устройства для получения халькогенидных стекол системы As-S плазмообразующую систему целесообразно выполнить в виде индуктора требуемой конфигурации, охватывающего снаружи кварцевую трубку плазмохимического реактора и соединенного с высокочастотным генератором, систему диагностики целесообразно выполнить включающей в себя пирометр, блок бесконтактной интерференционной сверхвысокочастотной (СВЧ) диагностики и блок бесконтактной ближнепольной СВЧ-резонансной зондовой диагностики, а в качестве транспортного и плазмообразующего газа использовать инертный газ аргон. Принципиальная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1.In the particular case of manufacturing a device for producing chalcogenide glasses of the As-S system, it is advisable to perform the plasma-forming system in the form of an inductor of the required configuration, externally covering the quartz tube of the plasma-chemical reactor and connected to a high-frequency generator; ) diagnostics and a block of proximity near-field microwave resonance probe diagnostics, and as a trans Mercury and plasma gas use inert gas argon. A schematic diagram of the proposed device is shown in FIG. one.

Устройство для получения халькогенидных стекол системы As-S состоит из баллона 1 с инертным газом, понижающего давление редуктора 2, прецизионных регуляторов расхода газа 3 с процессорным или ручным управлением, особо чистых кварцевых резервуаров 4 с загрузочными кварцевыми емкостями для твердотельных мышьяка и серы, снабженных внешними нагревательными элементами 5 для поддержания постоянных давлений насыщенного пара элементарных мышьяка и серы в кварцевых резервуарах 4, соединенных с плазмохимическим реактором 7 системой подачи 6 транспортного газа, высокочастотного (ВЧ) генератора 8, плазмохимического реактора 7, снабженного плазмообразующей системой 9, являющейся нагрузкой ВЧ генератора 8, системы диагностики 10, 11, 12, системы улавливания вредных веществ при помощи съемной ловушки 13, заполняемой жидким азотом, и системы откачки 14 газовой смеси.The device for producing chalcogenide glasses of the As-S system consists of a cylinder 1 with an inert gas, reducing the pressure of the pressure reducer 2, precision gas flow regulators 3 with processor or manual control, highly pure quartz tanks 4 with loading quartz containers for solid state arsenic and sulfur, equipped with external heating elements 5 to maintain constant pressures of saturated vapor of elemental arsenic and sulfur in quartz tanks 4 connected to a plasma-chemical reactor 7 feed system 6 transp gas, high-frequency (HF) generator 8, plasma-chemical reactor 7, equipped with a plasma-forming system 9, which is the load of the HF generator 8, diagnostic system 10, 11, 12, the system for collecting harmful substances using a removable trap 13 filled with liquid nitrogen, and a pumping system 14 gas mixture.

Плазмохимический реактор 7 может быть выполнен в виде трубки из высокочистого кварцевого стекла с внутренним диаметром 3-1000 мм. Давление в реакторе 7 поддерживается постоянным и равным от 0.01 до 760 Торр в зависимости от требуемого результата. Плазменный разряд в реакторе 7 зажигается при помощи соединенного с плазмообразующей системой 9 ВЧ генератора 8, работающего на любой из приведенных частот - 2.64, 5.28, 6.78, 12.56, 13.56, 27.12, 40.68 МГц с максимальной выходной мощностью до 10 кВт. Встроенный в ВЧ генератор 8 рефлектометр позволяет настраивать плазмообразующую систему 9 для наиболее эффективного ввода мощности в плазму. Плазмообразующая система 9 может иметь различные конфигурации для того, чтобы реализовать определенный тип плазменного разряда. Это может быть разряд индукционного типа, или емкостного типа, или смешанного типа.Plasma-chemical reactor 7 can be made in the form of a tube of high-purity quartz glass with an inner diameter of 3-1000 mm The pressure in the reactor 7 is maintained constant and equal to from 0.01 to 760 Torr, depending on the desired result. The plasma discharge in the reactor 7 is ignited using an RF generator 8 connected to the plasma-forming system 9, operating at any of the reduced frequencies - 2.64, 5.28, 6.78, 12.56, 13.56, 27.12, 40.68 MHz with a maximum output power of up to 10 kW. The reflectometer built into the high-frequency generator 8 allows you to configure the plasma-forming system 9 for the most efficient input of power into the plasma. The plasma forming system 9 may have various configurations in order to realize a certain type of plasma discharge. This may be a discharge of an induction type, or a capacitive type, or a mixed type.

В частном случае изготовления устройства плазмообразующую систему 9 целесообразно выполнить в виде индуктора требуемой конфигурации, охватывающего снаружи кварцевую трубку плазмохимического реактора 7 и соединенного с высокочастотным генератором 8.In the particular case of manufacturing the device, the plasma-forming system 9 is expediently made in the form of an inductor of the desired configuration, covering the quartz tube of the plasma-chemical reactor 7 from the outside and connected to a high-frequency generator 8.

Для контроля параметров плазмы в плазмохимическом реакторе 7 и температуры и количества получаемой шихты предлагаемое устройство снабжено системой диагностики, включающей в себя пирометр 10, блок бесконтактной интерференционной сверхвысокочастотной (СВЧ) диагностики 11, работающей как на просвет, так и на отражение, и блок бесконтактной ближнепольной СВЧ-резонансной зондовой диагностики 12.To control the plasma parameters in the plasma-chemical reactor 7 and the temperature and quantity of the resulting mixture, the proposed device is equipped with a diagnostic system, including a pyrometer 10, a contactless interference microwave (microwave) diagnostics unit 11, which operates both in light and reflection, and a near-field near-field block Microwave resonance probe diagnostics 12.

Для измерения температуры плазмохимического реактора 7 с целью поддержания необходимых температурных режимов при изготовлении шихты халькогенидного стекла в описываемом устройстве применяется пирометр 10.To measure the temperature of the plasma chemical reactor 7 in order to maintain the necessary temperature conditions in the manufacture of the charge of chalcogenide glass in the described device, a pyrometer 10 is used.

Система бесконтактной интерференционной СВЧ-диагностики 11 с помощью метода СВЧ-интерферометрии позволяет проводить измерения концентрации электронов получаемой плазмы в плазмохимическом реакторе 7 в реальном времени. Метод хорошо известен и описан в соответствующей литературе.The system of non-contact interference microwave diagnostics 11 using the method of microwave interferometry allows you to measure the electron concentration of the resulting plasma in the plasma chemical reactor 7 in real time. The method is well known and described in the relevant literature.

Для определения количества изготавливаемой в реакторе 7 шихты халькогенидного стекла применяется система бесконтактной ближнепольной СВЧ-резонансной зондовой диагностики 12 (Диагностика нестационарных возмущений плотности плазмы. // ЖТФ, том 78, вып. 1, с. 133-136, 2008. Диагностика параметров плазмы атмосферного давления методом ближнепольного СВЧ-зондирования. // ЖТФ, том 82, вып. 4, с. 42-51, 2012. Резонансная ближнепольная СВЧ-диагностика неоднородных сред. // Успехи прикладной физики. Т. 2. №6. с. 555-570, 2014).To determine the amount of chalcogenide glass charge manufactured in reactor 7, a near-field near-field microwave resonance probe diagnostic system 12 is used (Diagnostics of unsteady disturbances in plasma density. // ZhTF, vol. 78, issue 1, pp. 133-136, 2008. Diagnostics of atmospheric plasma parameters pressure method of near-field microwave sounding. // ZhTF, volume 82, issue 4, pp. 42-51, 2012. Resonant near-field microwave diagnostics of inhomogeneous media. // Advances in Applied Physics, vol. 2. No. 6. p. 555 -570, 2014).

Для предотвращения выброса вредных веществ в окружающую среду в процессе работы устройства перед системой откачки 14 предусмотрена ловушка 13, охлаждаемая жидким азотом. После окончания работы данная ловушка 13 с вымороженными отходами, содержащими вредные вещества, отсоединяется от устройства и согласно нормативам ее содержимое утилизируется.To prevent the release of harmful substances into the environment during the operation of the device, a trap 13, cooled by liquid nitrogen, is provided in front of the pumping system 14. After the end of the work, this trap 13 with frozen waste containing harmful substances is disconnected from the device and according to the standards its contents are disposed of.

В качестве плазмообразующего газа используется любой инертный газ, например аргон марки не ниже ОСЧ, который с постоянной скоростью продувается через особо чистые кварцевые резервуары 4, содержащие загрузочные кварцевые емкости с твердотельными мышьяком и серой. На поверхности резервуаров 4 установлены внешние нагревательные элементы 5 для поддержания постоянных температур и, соответственно, постоянных давлений насыщенного пара компонентов в резервуарах 4. Температура нагрева серы S составляет от 119°С до 600°С, температура нагрева мышьяка As от 250°С до 600°С. Соотношение компонентов As:S может варьироваться в диапазоне 1:0.5-1:20 за счет изменения скорости пропускания транспортного газа через резервуары 4 с исходными веществами, при этом суммарная скорость подачи смеси остается постоянной, выбираемой в диапазоне от 0.1 мл/мин до 100 л/мин. Скорость осаждения шихты халькогенидного стекла составляет до 10 г/час при выходе около 100% при температуре стенок реактора 7 не выше 750°С, например, 250°С.Any inert gas is used as a plasma-forming gas, for example, argon of a grade not lower than HSP, which is blown at a constant speed through extremely clean quartz tanks 4 containing loading quartz containers with solid-state arsenic and sulfur. External heating elements 5 are installed on the surface of the tanks 4 to maintain constant temperatures and, accordingly, constant pressures of saturated steam of components in the tanks 4. The sulfur heating temperature S is from 119 ° C to 600 ° C, the arsenic heating temperature As is from 250 ° C to 600 ° C. The ratio of As: S components can vary in the range 1: 0.5-1: 20 due to a change in the transmission rate of transport gas through reservoirs 4 with the starting substances, while the total feed rate of the mixture remains constant, selected in the range from 0.1 ml / min to 100 l / min The deposition rate of the charge of chalcogenide glass is up to 10 g / h with an exit of about 100% at a temperature of the walls of the reactor 7 not higher than 750 ° C, for example, 250 ° C.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Исходные вещества в виде твердотельных элементарных мышьяка As и серы S помещают в загрузочные кварцевые емкости особо чистых кварцевых резервуаров 4, в которых происходит получение газообразной фазы данных веществ путем нагрева кварцевых резервуаров 4 внешними нагревательными элементами 5. Температуру нагрева каждой емкости в кварцевых резервуарах 4 устанавливают индивидуально, в соответствии с требуемой величиной давления насыщенного пара компонента, задаваемого составом стекла. В качестве транспортного и плазмообразующего газа используют инертный газ, например аргон, который из баллона 1 с помощью понижающего давление редуктора 2 и прецизионных регуляторов расхода газа 3 с постоянной скоростью продувают через упомянутые кварцевые резервуары 4. Парогазовую смесь исходных веществ из кварцевых резервуаров 4 непрерывно с помощью системы подачи 6 транспортного газа направляют в проточный кварцевый плазмохимический реактор 7, в котором инициируют реакцию взаимодействия мышьяка и серы высокочастотным плазменным разрядом в условиях неравновесной плазмы с образованием шихты халькогенидного стекла. При этом твердые продукты плазмохимической реакции осаждаются на внутренней поверхности реактора 7 и находятся на ней при температуре, например, 250°С, в течение всей процедуры синтеза шихты, что намного ниже, чем при традиционном тепловом нагреве стенок реактора, и позволяет уменьшить количество примесей, поступающих в изготавливаемое халькогенидное стекло из материалов аппаратуры.The starting materials in the form of solid-state elementary arsenic As and sulfur S are placed in loading quartz containers of highly pure quartz tanks 4, in which the gaseous phase of these substances is obtained by heating quartz tanks 4 with external heating elements 5. The heating temperature of each tank in quartz tanks 4 is set individually , in accordance with the required value of the saturated vapor pressure of the component specified by the composition of the glass. An inert gas, for example argon, is used as a transport and plasma-forming gas, which is blown through the aforementioned quartz tanks 4 from a cylinder 1 using a pressure-reducing reducer 2 and precision gas flow regulators 3 through a continuous gas-vapor mixture of the starting materials from quartz tanks 4 transport gas supply systems 6 are sent to a flowing quartz plasma-chemical reactor 7 in which arsenic and sulfur interact with a high-frequency plasma side by side in a nonequilibrium plasma with the formation of a charge of chalcogenide glass. In this case, the solid products of the plasma-chemical reaction are deposited on the inner surface of the reactor 7 and are on it at a temperature, for example, 250 ° C, during the entire synthesis of the charge, which is much lower than with traditional thermal heating of the walls of the reactor, and reduces the amount of impurities, coming into the manufactured chalcogenide glass from equipment materials.

Использование летучих элементарных мышьяка As и серы S в данном способе вместо их гидридов исключает возможность загрязнения конечных стекол примесями водорода по сравнению с прототипом, что и обеспечивает высокую чистоту конечного продукта, то есть позволяет решить поставленную задачу.The use of volatile elemental arsenic As and sulfur S in this method instead of their hydrides eliminates the possibility of contamination of the final glasses with hydrogen impurities in comparison with the prototype, which ensures high purity of the final product, that is, it allows to solve the problem.

После стадии синтеза шихты халькогенидного стекла реактор 7 отпайкой отделяют от остального устройства и проводят плавление и гомогенизацию стеклообразующих соединений в реакторе 7 в качающейся печи (на чертеже не показана). После гомогенизации стеклообразующих соединений реактор 7 извлекают из качающейся печи и проводят отверждение расплава в стекло. Для снятия механических напряжений проводят отжиг полученного халькогенидного стекла.After the stage of synthesis of the charge of chalcogenide glass, the reactor 7 is sealed off from the rest of the device and the melting and homogenization of the glass-forming compounds in the reactor 7 is carried out in a shaking furnace (not shown). After homogenization of the glass-forming compounds, the reactor 7 is removed from the rocking furnace and the melt is cured into glass. To relieve mechanical stresses, the resulting chalcogenide glass is annealed.

Работоспособность и промышленная применимость заявляемого способа и устройства подтверждаются конкретным примером.The performance and industrial applicability of the proposed method and device are confirmed by a specific example.

ПримерExample

Исходные вещества - элементарные серу и мышьяк в количествах 10.2 и 8 граммов соответственно помещали в загрузочные стеклянные емкости особо чистых кварцевых резервуаров 4, снабженных внешними нагревательными элементами 5. Температура нагрева резервуара 4 с серой составляла 200°С, температура нагрева резервуара 4 с мышьяком - 430°С. Соотношение As:S в парогазовой смеси было постоянно и равно 2:3 при суммарной скорости подачи смеси 15 мл/мин. В качестве транспортного и плазмообразующего газа использовался аргон марки ОСЧ, который с постоянной скоростью продувался через стеклянные резервуары 4. Твердые продукты плазмохимической реакции (шихта халькогенидного стекла) осаждались на внутренней поверхности плазмохимического реактора 7. Общее рабочее давление в системе подачи 6 транспортного газа и проточном кварцевом плазмохимическом реакторе 7 поддерживалось равным 1.9 Торр.The starting materials — elemental sulfur and arsenic — in amounts of 10.2 and 8 grams, respectively, were placed in loading glass containers of highly pure quartz tanks 4, equipped with external heating elements 5. The heating temperature of the tank 4 with sulfur was 200 ° С, and the heating temperature of the tank 4 with arsenic was 430 ° C. The As: S ratio in the gas-vapor mixture was constant and equal to 2: 3 at a total mixture feed rate of 15 ml / min. Oscon grade argon was used as a transport and plasma-forming gas, which was blown through glass tanks at a constant speed 4. The solid products of the plasma-chemical reaction (a charge of chalcogenide glass) were deposited on the inner surface of the plasma-chemical reactor 7. The total operating pressure in the transport gas supply system 6 and flowing quartz Plasma-chemical reactor 7 was maintained equal to 1.9 Torr.

После стадии синтеза шихты халькогенидного стекла реактор 7 отпайкой отделяли от остального устройства и проводили плавление шихты и гомогенизацию полученного расплава в качающейся печи. Температура гомогенизации не превышала 750°С в течение 1 часа. После гомогенизации реактор 7 извлекали из печи и отверждали расплав в стекло. Для снятия механических напряжений проводили отжиг стекла. Масса полученного образца стекла составила 5.5 г, что соответствует выходу конечного продукта 95% в пересчете на As.After the stage of synthesis of the charge of chalcogenide glass, the reactor 7 was separated by soldering from the rest of the device and the mixture was melted and the resulting melt was homogenized in a swing furnace. The homogenization temperature did not exceed 750 ° C for 1 hour. After homogenization, the reactor 7 was removed from the furnace and the melt was solidified in glass. Glass was annealed to relieve mechanical stress. The mass of the obtained glass sample was 5.5 g, which corresponds to a final product yield of 95% in terms of As.

Содержание примесей в получаемых халькогенидных стеклах системы As-S по данным атомно-эмиссионной спектроскопии с дуговым разрядом: Si - 3·10-5 мас. %, содержание Mg - 10-4 мас. %, содержание примесей переходных элементов, приведенных в Таблице 1, например, Fe, Cr, Ni ниже предела обнаружения.The impurity content in the resulting chalcogenide glasses of the As-S system according to atomic emission spectroscopy with an arc discharge: Si - 3 · 10 -5 wt. %, Mg content - 10 -4 wt. %, the impurity content of the transition elements shown in Table 1, for example, Fe, Cr, Ni below the detection limit.

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, заявляемый плазмохимический способ получения халькогенидных стекол системы As-S и устройство для его реализации позволяют уменьшить количество примесей, поступающих в изготавливаемое халькогенидное стекло за счет неполного разложения исходных веществ, а также из материалов аппаратуры, что и обеспечивает высокую чистоту конечного продукта, то есть позволяет решить поставленную задачу.Thus, the inventive plasma-chemical method for producing chalcogenide glasses of the As-S system and a device for its implementation can reduce the amount of impurities entering the manufactured chalcogenide glass due to incomplete decomposition of the starting materials, as well as from the equipment materials, which ensures high purity of the final product, is allows you to solve the problem.

Кроме того, заявляемый плазмохимический способ и устройство для его реализации позволяют получать объемные образцы халькогенидных стекол в широком диапазоне макросоставов (см. Таблицу 2).In addition, the inventive plasma-chemical method and device for its implementation allow to obtain bulk samples of chalcogenide glasses in a wide range of macroscopic compositions (see Table 2).

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (3)

1. Плазмохимический способ получения халькогенидных стекол системы As-S, включающий загрузку исходных веществ, содержащих мышьяк и серу, в проточный плазмохимический реактор, инициирование реакции взаимодействия мышьяка и серы в упомянутом реакторе высокочастотным плазменным разрядом в условиях неравновесной плазмы при пониженном давлении с образованием шихты халькогенидного стекла и получение самого халькогенидного стекла, отличающийся тем, что в качестве исходных веществ для загрузки в проточный плазмохимический реактор из кварцевого стекла используют элементарные мышьяк As и серу S, а в качестве транспортного и плазмообразующего газа используют какой-либо из инертных газов, при этом последующее получение самого халькогенидного стекла из изготовленной в реакторе шихты проводят путем отпайки реактора и установки его в качающуюся печь, плавления и гомогенизации стеклообразующих соединений в реакторе в качающейся печи и охлаждения стеклообразующих соединений в стекло.1. Plasma-chemical method for producing chalcogenide glasses of the As-S system, which includes loading the starting materials containing arsenic and sulfur into a flow plasma-chemical reactor, initiating a reaction of arsenic and sulfur interaction in the said reactor with a high-frequency plasma discharge under conditions of non-equilibrium plasma under reduced pressure with the formation of a chalcogenide charge glass and obtaining the most chalcogenide glass, characterized in that as starting materials for loading into a flowing plasma chemical reactor from quartz Of the glass used, elementary arsenic As and sulfur S are used, and any of the inert gases is used as the transport and plasma-forming gas, while the subsequent production of the chalcogenide glass itself from the charge made in the reactor is carried out by soldering the reactor and installing it in a swinging furnace, melting and homogenization of glass-forming compounds in a reactor in a swinging furnace; and cooling glass-forming compounds in glass. 2. Устройство для получения халькогенидных стекол системы As-S, содержащее плазмохимический реактор, соединенный с системой напуска выбранной газовой смеси, снабженной электронными регуляторами расхода газов, и системой откачки, а также высокочастотный генератор, отличающееся тем, что плазмохимический реактор изготовлен в виде проточной кварцевой трубки, снабженной плазмообразующей системой и системой диагностики, а система напуска выбранной газовой смеси включает в себя особо чистые кварцевые резервуары с загрузочными кварцевыми емкостями для твердотельных мышьяка и серы, при этом упомянутые кварцевые резервуары снабжены внешними нагревательными элементами для поддержания постоянных давлений насыщенного пара элементарных мышьяка и серы в кварцевых резервуарах, соединенных с плазмохимическим реактором системой подачи транспортного газа.2. Device for producing chalcogenide glasses of the As-S system, containing a plasma-chemical reactor connected to an inlet system of the selected gas mixture, equipped with electronic gas flow controllers, and a pumping system, as well as a high-frequency generator, characterized in that the plasma-chemical reactor is made in the form of a flowing quartz a tube equipped with a plasma-forming system and a diagnostic system, and the inlet system of the selected gas mixture includes highly pure quartz tanks with loading quartz tanks awnings for solid-state arsenic and sulfur, while the said quartz tanks are equipped with external heating elements to maintain constant pressures of saturated vapor of elementary arsenic and sulfur in quartz tanks connected to the plasma chemical reactor by a transport gas supply system. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что плазмообразующая система выполнена в виде индуктора требуемой конфигурации, охватывающего снаружи кварцевую трубку плазмохимического реактора и соединенного с высокочастотным генератором, система диагностики включает в себя пирометр, блок бесконтактной интерференционной сверхвысокочастотной (СВЧ) диагностики и блок бесконтактной ближнепольной СВЧ-резонансной зондовой диагностики, а в качестве транспортного и плазмообразующего газа использован инертный газ аргон. 3. The device according to p. 2, characterized in that the plasma-forming system is made in the form of an inductor of the required configuration, covering the quartz tube of the plasma-chemical reactor from the outside and connected to a high-frequency generator, the diagnostic system includes a pyrometer, a block of non-contact interference microwave (UHF) diagnostics and a block non-contact near-field microwave resonance probe diagnostics, and inert argon gas is used as a transport and plasma-forming gas.
RU2015123220/03A 2015-06-16 2015-06-16 PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR RU2585479C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123220/03A RU2585479C1 (en) 2015-06-16 2015-06-16 PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123220/03A RU2585479C1 (en) 2015-06-16 2015-06-16 PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2585479C1 true RU2585479C1 (en) 2016-05-27

Family

ID=56096145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015123220/03A RU2585479C1 (en) 2015-06-16 2015-06-16 PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2585479C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111348817A (en) * 2020-03-11 2020-06-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 Preparation device and preparation method of ultra-large-diameter chalcogenide glass
RU2816689C1 (en) * 2023-07-31 2024-04-03 Леонид Александрович Мочалов METHOD OF PRODUCING THIN FILMS OF Pb-Ch-Ch TYPE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1221747A2 (en) * 2001-01-05 2002-07-10 Postech Foundation Wide-waveband optical waveguide amplifier and method for the manufacture thereof
US7330634B2 (en) * 2005-04-13 2008-02-12 Corning Incorporated Chalcogenide glass for low viscosity extrusion and injection molding
RU2419589C1 (en) * 2009-12-23 2011-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт химии высокочистых веществ РАН (ИХВВ РАН) METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF SYSTEM As-S WITH LOW OXYGEN CONTENT
RU2467902C1 (en) * 2011-03-14 2012-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" (ОАО "НИИАС") System of control and warning about train approach

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1221747A2 (en) * 2001-01-05 2002-07-10 Postech Foundation Wide-waveband optical waveguide amplifier and method for the manufacture thereof
US7330634B2 (en) * 2005-04-13 2008-02-12 Corning Incorporated Chalcogenide glass for low viscosity extrusion and injection molding
RU2419589C1 (en) * 2009-12-23 2011-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт химии высокочистых веществ РАН (ИХВВ РАН) METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF SYSTEM As-S WITH LOW OXYGEN CONTENT
RU2467902C1 (en) * 2011-03-14 2012-11-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" (ОАО "НИИАС") System of control and warning about train approach

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Е. Sleeckx, I. Nagels, R. Callaerts and M. Van Roy "Plasma-enhanced C.V.D. of amorphous GeS 1-x , and GeSe 1-x films", Journal de Physique 11, Volume 3, 1993. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111348817A (en) * 2020-03-11 2020-06-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 Preparation device and preparation method of ultra-large-diameter chalcogenide glass
RU2816689C1 (en) * 2023-07-31 2024-04-03 Леонид Александрович Мочалов METHOD OF PRODUCING THIN FILMS OF Pb-Ch-Ch TYPE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022123083A2 (en) Method and device for producing a sic solid material
TWI579900B (en) Method and apparatus for plasma annealing
Vorotyntsev et al. PECVD synthesis of As–S glasses
Mochalov et al. Preparation of Ge–S–I and Ge–Sb–S–I glasses by plasma-enhanced chemical vapor deposition
RU2585479C1 (en) PLASMA-CHEMICAL METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF As-S SYSTEM AND DEVICE THEREFOR
TW201037107A (en) Apparatus and method of manufacturing polysilicon
Ahadi et al. Controlled synthesis of germanium nanoparticles by nonthermal plasmas
JPH0266165A (en) Production of solid
Logunov et al. Synthesis of gallium oxide from the elements at rf plasma discharge in the argon-oxygen mixture
JP3665682B2 (en) Method for producing fluoride thin film
JP7075525B2 (en) Film forming equipment, film forming substrate manufacturing method, semiconductor film manufacturing equipment and semiconductor film manufacturing method
Sukhanova et al. Synthesis of high pure crystalline paratellurite by chemical combustion reaction
Mochalov et al. Zinc oxide nanostructured materials prepared by PECVD as a platform for biosensors
Mochalov et al. 2D-layered As-S chalcogenide material with strong structural luminescence
US20240035201A1 (en) Method and Device for Producing a SiC Solid Material
Mochalov et al. Plasma treatment as another way to reduce selective absorption of water and oxygen traces in As-Se and As-S-Se bulk glasses for fiber drawing
Mochalov et al. A Method for Deep Purification of Iodine for Semiconductor Applications
Grishechkin et al. Extra pure tellurium oxide for the growth of high quality paratellurite crystals
Mochalov et al. Preparation of chalcogenide glasses via plasma-enhanced chemical vapor deposition on the example of As-S system
Masuda et al. Observation of pumping reaction in an amine-based all gas-phase iodine laser medium
JPS5825045B2 (en) Method for producing SiC ultrafine particles
JP2003311146A (en) High-frequency induction thermal plasma device
Lyakhov et al. Effect of gas-phase processes in argon-helium-silane plasma on amorphous-nanocrystalline transition in thin films of a-Si: H
JP2009203094A (en) Silica glass tube having high ultraviolet transmission, manufacturing method thereof and ultraviolet lamp using the same
Logunov et al. Plasma-Chemical purification of sulfur

Legal Events

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

Effective date: 20180617