Способ обработки кристаллических элементов на основе селенида цинка Советский патент 1993 года по МПК C30B33/02 C30B29/48 

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 (Я) для сцинтилляционных элементов ZnSe (Те). Область 1 характерна для элементов, не прошедших термообработку по предлагаемому способу, область 2 - для элементов, отожжен- ных 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,

что для различных исходных образцов данные значения пропускания могут быть достигнуты отжигами как в присутствии, так и в отсутствие селена.

Осуществляютспособследующим образом.

Из кристаллов ZnSe и ZnSe(Te), полученных выращиванием из расплава под давлением аргона, вырезают диски диаметром 25 мм и толщиной 6 мм. Диски шлифуют и полируют, шероховатость рабочих поверхностей соответствует Rz 0,05 мкм. Размеры готовых элементов 5 х 25 мм2. На подготовленных элементах измеряют уровень пропускания и определяют коэффициенты поглощения (8) и ослабления (ft) в инфракрасной и видимой областях спектра. Пропускание элемента в ИК области исследуют на спектрофотометре ИКС-29, а в видимой - на спектрофотометре фирмы 4iitachl.

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

О

ы о со

СА)

N

стандартным методом адсорбционной лазерной калориметрии с использованием СОа-ла- зера, а коэффициенты ослабления волны Я 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 селе- нида 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 составляют р КГ2 CN-Г1 и ц 0,7 .

Трубу с содержимым помещают в электропечь сопротивления. Герметично присоединяют газоподвод от электролитического 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°С/ч, при комнатной температуре отключают проток водорода и извлекают элементы. По известной технологии получения сцинтилляционного материала из легированного селенида цинка с целью создания центров люминесценции элементы ZnSefTe) 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 полировки измеряют коэффициенты поглощения и ослабления элементов, которые составляют соответственно для ZnSe fi(3-2,5 ) и для ZnSe(Te) ц 0,3-0.1 .

П р и м е р. 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 толщиной 5 мм с оптически полированными рабочими поверхностями. Шероховатость рабочих поверхностей соответствует Rr 0,05 мкм. Элемент, имеющий Т 67% и / 9 10 , помещают в трубу из оптического кварца диаметром 40 мм и пересыпают порошком селеиида цинка квалификации ос.ч, (ЕТО.035.011 ТУ). Трубу с содержимым вставляют в электропечь сопротивле0

5

5

0

5

ния, 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 поглощения на длине волны 10,6 мкм, /3 3 .

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

Интервал значений/ элементов из ZnSe 0 после термообработки составил 2,5 3,0 . что R 1.5-20 раз ниже исходного (8,, ) и достигаемого способом-прототипом (3,U -10-4,0- 10 см ) уровней, В 3-5 раз уменьшаются коэффициенты ослабления и элементов из ZnSefTe) - 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(№ 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, сопровождающимсяхимическимсвязыванием 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 ZnSefTe) 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 и ZnSe(Te).

5

0

5

0

Формула изобретения

Способ обработки кристаллических элементов 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 порошкообразного селенида цинка в протоке

водорода в течение 3-10 ч для элементов с исходным коэффициентом оптического поглощения / или исходным коэффициентом ослабления fi 0,7 см и с добавлением в порошкообразный селениД цинка 5-12 иас.% измельченного металлического селена для элементов с /5 1СГ2 или и 0,7 .

10

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 селени- да 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.

Таблица

Таблица2

aw

ТабцицаЗ

S

А, мкм