Введение к работе
Актуальность_теш. Прогресс современной электронной техники, .вязанной с инфракрасной оптикой, во многом определяется разЕи-ием тепловизионных систем и созданием мощных С02 - лазеров. Для іазработки высокоразреташей тепловизионной техники и мощных ла-еров необходим высококачественный оптический" материал (в области лин волн 8-14 мкм) в виде дисков диаметром до 600 мм ( в пределе о 1.0 м). Таким материалом в настоящее время является кристалли-еский германий; распространенные оптические материалы типа КРС, ' nSe, BaFz, NaCl, KGI, халькогенидные стекла по совокупности ха-актеристик уступают германию. Преимущества германия заключаются высокой прозрачности в ИН области, механической прочности, хи-яческой и физико-химической стойкости, возможности получения ристаллов больших размеров.
Несмотря на существенные успехи в области получения крупно-збаритнкх кристаллов германия, актуальным является теоретическое экспериментальное исследование процессов выращивания оптических шокристаллов в форме дисков. Для количественного нахождения па-іраметров, обеспёчиващих разработку технологий получения моно-жсталлов с заданными ' размерами, структурой, механическими юйствами необходимы исследования по определению температурных :ловий устойчивого роота монокристаллов и регулированию уровня рмоупругих напряжений в них. Требуется полное изучение (зашепоти пропускания лучистой энергии в ИК диапазоне от физических ойств германия, пркмесности и.структуры монокристаллов. Недос-точно исследована температурная зависимость.пропускания. Прак-ческая актуальность работы состояла в разработке способов и хнологай выращивания кристаллов германия диаметром 500-600 мм, этого времени никем а мировой практике не полученных.
Цель работы. Теоретическое' и экспериментальное изучение
хловых условий выращивания кристаллов в форме дисков; зледование условий возникновения тёрмоупругих напряжений и ^локационной структуры в крупногабаритных монокристаллах герма- !; комплексное изучение оптической прозрачности германия в ИК' шазоне; создание технической базы и разработка технологий іучения оптических крупногабаритных кристаллов германия. 3 соответствии с целью в работе решались задачи: теоретический : экспериментальный анализ тепловых условий іцесса выращивания монокристаллов в форме диска, определение [овий устойчивого роста;
-анализ условий возникновения и расчет термоупругих напряжет в монокристаллах, имеющих форму диска, исследование дислокациоі ной структуры крупногабаритных монокристаллов германия;
-изучение поглощения инфракрасного излучения в кристаллах щ мания в зависимости от физических свойств, структуры и примесное ности, температуры;
-разработка способов и технических устройств, в совокупное! составлякщих технологию получения крупногабаритных оптичесга кристаллов германия.
Научная новизна результатов работы:
-предложена модель для описания процесса выращивания шнокрі сталличвеких дисков, на основе которой получено распределен! температур в системе кристалл-расплав и определены кнтерваї существенного влияния тепловых и кинетических параметров процесс на устойчивый рост монокристаллов;
-экспериментально исследовано распределение тешературн тиглях для выращивания крупногабаритных кристаллов, опредзлеї значения температурных градиентов, соответствущих оптимальною режиму роста;
-получены выражения и проЕвдэн расчет тэрмоупругих напряженй возникающих при выращивании.кристаллов в форма диска; показав влияние температурного поля на величину и распределение напряге ний в кристалле; . ' '
-экспериментально исследована дислокационная структура крупне габаритных монокристаллов германия, показано удовлэтворительнс согласование результатов с рассчитанным полем терыоупругих наїли жений;' изучено распределение дислокаций по длине, радиусу сечению монокристаллов в зависимости от условии роста; исследовг но влияние'отжига на плотность и распределение дислокаций;
-установлено,' что оптическое пропускание германия в С диапазоне" определяется структурой кристаллов, концентрацией типом проводимости легирующей примеси; для оптических целе применим германий с удельным электросопротивлением 2-40 Ом-с электронного типа проводимости, максимальную» прозрачность имеї монокристаллы германия электронного типа проводимости в диапазок удельного электросопротивления 2-Ю Ом-см; получены зависимой оптического пропускания в германии от температуры;
-разработаны способы и устройства выращивания крупногабаритни кристаллов германия, позволившие впервые в мировой практик получить монокристаллы диаметром 520 мм и крупноблочные кристалі
ккэтром 620 мм.
П2крмеская_значшость_работа:
-разработана технология, позволяющая устойчиво получать круп-згабаритше монокристаллы германия для МК оптики; показана прин-шиальиая возмоіхность получения монокристаллов диаметром свыше Ю гяз;
-выработаны рекомендации для наиболее эффективного применения засталлического герлаяия при обычных и повышенных температурах;
-исследования по тема диссертации выполнялись в соответствии с юблаиоп АН СССР(РФ) 1.3.3.5 и включены в тематику НИР, юводакых по программе "Университеты России";
-получен фактический экономический эффект от внедрения отологии выращивания монокристаллов.
0сШШШ^Ш5251ШЗі_ШИ25ИШ5_на_з адит у:
-результат шдэльиого описания тепловых условий процесса рггдваная «з расплава кристаллов в форме диска, оценка 'Птяческнх радиуса и скорости устойчивого роста монокристаллов; спэрккэнтальше исследования температурных полей б устройствах я вцрЕдавания крупногабаритных кристаллов германия;
-расчет полей тергаупругих напрягении при выращивают моно-пстзллоз в Форш диска; экспериментальные результаты исследова-я плотности и распределения дислокаций в крупногабаритных моно-ясталлах герггнмя;
-эхсперлзнтальиые зависимости оптических характеристик сэктра пропускания, коэффициенты поглощения) в инфракрасном гпазоне длин волз чистых, легированных моно- и поликристаллов ргзнля с разлпчкнетконцентрациями и типом примеси; зависимости гичоского поглощения от температура:
-способы и устройства, создание на их основе новых технологий, зголзЕЕЗХ впервые в мировой практике вырастить оптические зокрлотгша Германия диаметром 520 мм и 'крупноблочные кристаллы ггзтроа 620 in.
Шйбзшя_работн. Основные результаты диссертационной работы эахвш в 20 научішх трудах. Материалы работы сообщались на VS и
Всасогоных конференциях по методам получения и анализа еысоко-jthx веществ, Н.Новгород, 1988, 1992 г.г.; I Республиканской !ферэнцш "Численные методы моделирования технологических про-!Сов", Рига, 1989 г.; S Всесоюзной конференции "Моделирование :та кристаллов", Рига. 1990 г.; I Уральском кристаллографичес-1 совещании "{Минералогическая кристаллография, кристаллогенезис
кристаллосинтез", Сыктывкар,I99Q г.; VI Межотраслевом научно-техническом совещании "Кристаллические оптические материалы",Москва, 1992 г.; XVI Конгрессе мевдународного союза кристаллографов, Пекин,1993 г.
Стру_кту_ра_и_дбъем_раОоты. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Текст изложен на 190 страницах и' сопровождается 77 рисунками, Є таблицами, список литературы включает 135 наименований.
