Способ изготовления наноразмерных линз из селенида цинка

Изобретение относится к области изготовления оптических элементов из кристаллов полупроводников и может быть использовано в инфракрасной технике. Линзы изготавливают из селенида цинка созданием в монокристаллах селенида цинка плотности дислокации ≤5×10⁵ см^-2 и последующим разделением монокристаллов по плоскости спайности путем разрыва в направлении, находящемся под углом 89-91 градус к плоскости спайности. Технический результат - изготовление наноразмерных линз из селенида цинка. 3 ил.

 

Изобретение относится к области изготовления оптических элементов из кристаллов полупроводников и может быть использовано в инфракрасной технике.

Селенид цинка - широкозонный полупроводник с областью прозрачности в диапазоне длин волн от 0,45 до 20 мкм, и поэтому является важным материалом для изготовления оптических элементов видимой и инфракрасной области спектра. Развитие нанотехнологий предъявляет новые требования к миниатюризации многих видов оптики, в том числе, фокусирующих элементов (линз) из селенида цинка.

Известен способ изготовления наноразмерных линз [К.Li, M.I.Stockman, D.J.Bergman. Self-Similar Chain of Metal Nanospheres as an Efficient Nanolens. Physical Review Letters, 2003, v. 91, N 22, p.227402-1] - прототип. Способ предполагает изготовление наноразмерных линз из цепочки металлических наночастиц с размерами, последовательно уменьшающимися от 45 до 5 нм. Основным недостатком этого способа является сложность его практического воплощения - по сути, способ-прототип является результатом теоретических расчетов, а не экспериментального обоснования. Кроме того, способ непригоден для изготовления линз из полупроводниковых кристаллов.

Задачей данного изобретения является изготовление наноразмерных линз из селенида цинка.

Эта задача решается в предлагаемом способе изготовления наноразмерных линз из селенида цинка созданием в монокристаллах селенида цинка плотности дислокации ≤5×10⁵ см^-2 и последующим разделением монокристаллов по плоскости спайности путем разрыва в направлении, находящемся под углом 89-91 градус к плоскости спайности.

Кристаллы селенида цинка имеют спайность по плоскостям типа {110} и все плоскости этой системы равнозначны для реализации предлагаемого способа. Результатом применения этого способа является получение на образовавшихся сколах вытянутых наноразмерных линз длиной около 200 нм и шириной до 50 нм, показанных на изображениях, полученных с помощью атомно-силового микроскопа (фиг.1 и фиг.2). Плотность образовавшихся линз соответствует плотности дислокаций. Такой результат может быть объяснен тем, что дислокации создают наноразмерные нарушения (дефекты) кристаллической структуры, форма которых позволяет использовать их в качестве фокусирующих элементов (линз). При этом объем кристалла, на поверхности которого находятся линзы, может служить для подвода света к наноразмерным линзам. Селенид цинка имеет кубическую структуру и является оптически изотропным материалом, поэтому искажения кристаллической решетки в области наноразмерных линз не может сказываться на оптических свойствах материала. Поверхность кристалла является эффективным стопором для движущихся дислокации, поэтому образовавшиеся наноразмерные линзы стабильны во времени.

Технологические параметры способа выбраны экспериментально. При плотности дислокации выше 5×10⁵ см^-2 дислокации начинают объединяться в дислокационные стенки. В результате наноразмерные линзы не удается получить, т.к. отвечающие за их формирование дефекты сливаются.

Разделение монокристаллов по плоскости спайности проводится путем разрыва в направлении, находящемся под углом 89-91 градус к плоскости спайности, так как при углах, находящихся за пределами данного интервала, разделение происходит со сдвигом разделяемых поверхностей относительно друг друга, что вызывает механическое разрушение части наноразмерных линз.

Пример 1:

Монокристалл селенида цинка выращивают из расплава так, что плотность дислокации на плоскости {110} составляет 2×10⁵ см^-2. Кристалл разделяют по плоскости спайности путем разрыва в направлении, находящемся под углом 91 градус к плоскости спайности. Изготовлены наноразмерные линзы, показанные на фиг.1 и фиг.2 (изображения, полученные с помощью атомно-силового микроскопа). Плотность линз - 2×10⁵ см^-2.

Пример 2:

Монокристалл селенида цинка выращивают из расплава так, что плотность дислокации на плоскости {101} составляет 3×10⁵ см^-2. Кристалл разделяют по плоскости спайности путем разрыва в направлении, находящемся под углом 89 градусов к плоскости спайности. Изготовлены наноразмерные линзы, показанные на фиг.3 (изображение, полученное с помощью атомно-силового микроскопа). Плотность линз - 3×10⁵ см^-2.

Способ изготовления наноразмерных линз из селенида цинка, отличающийся тем, что наноразмерные линзы изготавливают из селенида цинка созданием в монокристаллах селенида цинка плотности дислокации ≤5×10⁵ см^-2 и последующим разделением монокристаллов по плоскости спайности путем разрыва в направлении, находящемся под углом 89-91° к плоскости спайности.