Способ обработки кристаллических элементов на основе селенида цинка

 

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, используемых в электронном, ядерном приборостроении, лазерной силовой оптике , в детекторах ионизирующих излучений. Обеспечивает увеличение прозрачности элементов. Обработку ведут при 1000- 1080°С в среде порошкообразного селенида цинка в протоке водорода в течение 3-10 ч для элементов с исходным коэффициентом оптического поглощения менее или с исходном коэффициентом ослабления менее 0,7 и с добавлением в порошкообразный селенид цинка 5-12 мас.% измельченного металлического селена для элементов с другими исходными оптическими характеристиками. Способ позволяет повысить пропускание элементов из ZnSe в диапазоне длин волн 2-15 мкм до 70%, а элементов из ZnSefTe) на длине волны 0,64 мкм - до 63%. 1 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1630334 Al

s С 30 В 33/02, 29/48

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ),: .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4710781/26 (22) 27.06.89 (46) 15.05.93, Бюл, № 18 (72) Ю.A.Áîðîäåíêî, Н.Н.Кухтина, Е.К.Лисецкая, В.Д.Рыжиков и В.И.Силин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1526303, кл. С 30 В 33/00, 1988, (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ СЕЛЕНИДА ЦИНКА (57) Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, используемых в электронном, ядерном приборостроении, лазерной силовой оптике, в детекторах ионизирующих излучений.

Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, ис, пользуемых в электронном, ядерном приборостроении, лазерной силовой оптике, в детекторах ионизирующих излучений.

Цель изобретения — увеличение прозрачности элементов.

На чертеже показаны зависимости оптического пропускания (Т) от длины волны g) для сцинтилляционных элементов ZnSe (Te). Область 1 характерна для элементов, не прошедших термообработку по предлагаемому способу, область 2 — для элементов, отожженных в среде порошкообразного селенида цинка в атмосфере водорода, и область 3— дЛя элементов, аналогично отожженных с добавкой 5 — 12 мас. селена. На длине волны

0,64 мкм средний уровень пропускания области 2 на 12,5% выше среднего уровня области

1 и на 2 ниже соответствующего уровня области 3. Перекрывание областей 2 и 3 в интервале Т на 0,64 мкм 56 — 59 означает, Обеспечивает увеличение прозрачности элементов. Обработку ведут при 1000—

1080 С в среде порошкообразного селенида цинка в протоке водорода в течение 3 — 10 ч для элементов с исходным коэффициентом оптического поглощения менее 10 см или с исходным коэффициентом ослабления менее 0,7 см и с добавлением в порошкообразный селенид цинка 5 — 12 мас. (измельченного металлического селена для элементов с другими исходными оптическими характеристиками. Способ позволяет повысить пропускание элементов из ZnSe в диапазоне длин волн 2 — 15 мкм до 707,, а элементов из ZnSe(Te) на длине волны 0,64 мкм — до 63, 1 ил., 3 табл. что для различных исходных образцов данные значения пропускания могут быть достигнуты отжигами как в присутствии, так и в отсутствие селена.

Осуществляют способ следующим образом.

Из кристаллов ZnSe и ZnSe(Te), полученных выращиванием из расплава под давле- Ос нием аргона, вырезают диски диаметром 25 (Д мм и толщиной 6 мм. Диски шлифуют и полируют, шероховатость рабочих поверхностей соответствует Rz 0,05 мкм. Размеры готовых элементов 5 х 25 мм . На подготовленных элементах измеряют уровень пропускания и определяют коэффициенты геглощения gl) и ослабления (p) е инфрак- )ил расной и видимой областях спектра. Пропу- а скание элемента в ИК области исследуют на спектрофотометре ИКС-29, а в видимой — на спектрофотометре фирмы Wltachl".

Коэффициенты поглощения ИК-излучения на 10,6мкм элементов из ZnSe измеряют

1630334 стандартным методом адсорбционной лазерной калориметрии с использованием СОг-лазера, а коэффициенты ослабления волны il, 0,64 мкм элементов из ZnSe(Te) рассчитывают из значений пропускания, Затем элементы помещают в кварцевую трубу диаметром 35—

40 мм, пересыпают их либо порошком селенида цинка квалификации "ос.ч." (ЕТ0.035.011.ТУ), либо смесью последнего с элементарным металлическим селеном квалификации "ос.ч." (МРТУ 6-09-2521-72), предварительно измельченным. Количество селена может изменяться от 5 до 12 мас. от общей массы порошкообразной смеси. Селен добавляют в том случае, если исходные оптические характеристики элементов составляютР» 10 см и,и» 0,7см .

Трубу с содержимым помещают в электропечь сопротивления. Герметично присоединяют газоподвод от электролитического 20 истрчника водорода типа СГС-2, обеспечивающего проток водорода со скоростью 7 л/ч. Рабочий объем печи тщательно продувают водорОдом до полного удаления воздуха и затем нагревают до 1000 — 1080 С, выдерживают при заданной температуре 3—

10 ч, после чего температуру снижают со скоростью 200 C/÷, при комнатной температуре отключают проток водорода и извлекают элементы. По известной технологии 30 получения сцинтилляционного материала из легированного селенида цинка с целью создания центров люминесценции элементы

ZnSe(Te) дополнительно отжигают в насыщенных парах цинка. Для чего данные элементы помещают в кварцевые ампулы вместе с навесками цинка, необходимыми для создания насыщенных паров цинка. Ампулы вакуумируют, запаивают и выдерживают при 1000 С в течение 24 ч, После повторной шлифовки и пол- 40 ировки измеряют коэффициенты поглощения и ослабления элементов, которые составляют соответственнодля2пЯе P=(3-2,5 ). 10 см " и для 2пЯе(Те),и = 0,3-0,1 см .

Пример. Из кристалла селенида цинка, полученного выращиванием из расплава под давлением аргона, вырезают диски диаметром 25 мм и толщиной 6 мм.

После шлифовки и полировки получают оптические элементы диаметром 25 мм и тол- 50 щиной 5 мм с оптически полированными рабочими поверхностями. Шероховатость рабочих поверхностей соответствует Rr 0,05 мкм, Элемент, имеющий Т = 67 и P =

-1

=9 10 см, помещают в трубу из оптическо- 55 го кварца диаметром 40 мм и пересыпают порошком селенида цинка квалификации

"ос.ч." (ЕТО.035.011 ТУ), Трубу с содержимым вставляют в электропечь сопротивления, герметично соединяют с газоподводом от электролитического источника водорода.

Рабочий объем печи тщательно продувают водородом со скоростью 7 л/ч до полного удаления воздуха и затем нагревают до

1000 С. Элемент выдерживают в заданных условиях в течение 3 ч. После чего температуру снижают со скоростью 200 С/ч и при комнатной температуре извлекают. Элемент дополнительно подшлифовывают и полируют и измеряют его коэффициент поглои ения на длине волны 10,6 мкм, P= 3 х10 см

В табл. 1 и 2 представлены величины пропускания (Т), коэффициента поглощения (P и коэффициента ослабления (u) элементов, обработанных по предлагаемому способу.

Интервал значений Вэлементов из ZnSe после термообработки составил 2,5 10

3,0 10 см ..что в 1.5 — 20 раз ниже исходного (8,0.10 -8,0 10 см ") и доутигаемоп способом-прототипом (ЗЯ .10 — 4,0. 10 см ) уровней, В 3 — 5 раз уменьшаются коэффициенты ослабления р элементов из

Zn5e(Te) — с 0,97-0,52 см в образцах, не подвергаемых термообработке, до 0,3 — 1,0 см в образцах, прошедших отжиг в протоке водорода и среде порошкообразного селенида цинка.

Примеры выполнения, в которых значения основных технологических параметров лежат за пределами интервалов, указанных в формуле изобретения, представлены в табл. 3 (М 1, 7, 15, 16, 17).

Основной эффект просветления кристаллических элементов наблюдается при их термообработке в протоке водорода и среде порошкообразного селенида цинка.

Он связан с термодиффузионным рассасыванием включений и неоднородностей, сопровождающимся химическим связыванием вредных примесей и уносом газовым потоком водорода из рабочего объема печи.

По сравнению со способом-прототипом заявленный способ позволяет повышать как уровень пропускания оптических элементов

ZnSe в инфракрасной области спектра, так и сцинтилляционных элементов ZnSe(Te) в видимой области спектра; на 17 понижать величину коэффициента поглощения оптического элемента ZnSe; в 4-14 раз сокращать время термообработки.

Предложенный способ прост, технологичен и, как видно из приведенных в таблицах данных, обеспечивает воспроизводимость оптических параметров элементов из ZnSe u

ZnSe(Te).

1630334

Таблица1

nSe

Таблица2

Формула изобретения

Способ обработки кристаллических weментов на основе селенида цинка путем их выдержки при нагреве в газовой атмосфере, отличающийся тем, что, с целью увеличения прозрачности элементов, обработку ведут при 1000-1080 С в среде порошкообраэного селенида цинка в протоке водорода в течение 3 — 10 ч для элементов с исходным коэффициентом оптического поглощения P < 10 cM " или исходным коэффициентом ослабления,и< 0,7 см и с

5 добавлением в порошкообразный селенид цинка 5 — 12 мас.%, измельченного металлического селена для элементов P > 10 см "или,и 0,7см ".

1630334

Та блице 3

Условия .

I термообреботки добавка темпе- вреселеиа, ратура, мя) мас.Х С ч

Ел66

t" кв se (тв) пп без термо- с термообраобработки, боткойь см см до терМооб- nome термо-, работки,, обработки, см" см аа 3,ккм

Составитель Е.Лебедева

Редактор Е,Мисропова Техред М.Моргентал Корректор Е.Папп

Заказ 1975 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

М

7 4

В 5

9 5

10 5

11 10

12 10

13 12

14 12

15 15

16 15

1.7

fO5O

1100

2 8. 10 "э 3 5 10-э

3 9 10 э 3)0)10 э

5 8 ° 10"э 2,5 ° 10 э

10 110 5 О 1010 6 10"э 6,0 10

10 8 ° .10 э 6,3 ° 10

5, 8 ° 10 э 30 ° 10

3 2 10 э 2)6 10

5 1 -10 э 2 5,10э

10 3 10- . -3,0.10- .

10 4 ° 10 э. 2,8 10"э l0 5 i10"э " 2,6)10"

10 6)0 10- 3,0,10

10 6 0 ° 10 э 3 О ° 10 э

10 8,0 10 э 3,0 ° 10 э

10 .6)0»10" 3,0 10 э

10,5 Наблюдается. спекание

0,70

0,52

Ов58, 0)70

0,80

0,97

0,58

0,69

0,73

0,83

0,74

0,83

0,81

0,78

0,97

0,92 кристалла

Оэ 40

0,19

0,23

0,30 .0,35

0,40

0,30

0,12

0,12

0,09

0,06

0,12

0,27

0,30 . 0,30

0,30 с порошком