Матеріал для оптичних покриттів

Изобретение относится к материалам для оптических покрытий: защитных, просветляющих, интерференционных, поглощающих, спектроделительных , ахроматических, работающих в области спектра 0.5-40,0 мкм. Заявляемый материал может быть использован в лазерной технике, микроэлектронике и т.д. при создании как однослойных, так и многослойных покрытий. Необходимость в заявляемом материале обусловлена тем, что оптико-механической и электронной промышленностям, а также общему машиностроению требуются изделия с оптическими покрытиями разного назначения (защитные, интерференционные и т.д.), обладающие на большой гигроскопичностью и широким диапазоном области прозрачности Известны материалы для оптических покрытий формулы. представляющие собой кристаллические вещества [Глебов В.Н. и др. Поглощение в интерференционных покрытиях оптических элементов технологических СО2-лазеров. -Оптический журнал, 1992, N° 4, с.56-58]: ZnS - кристаллическое мягкое, гигроскопическое вещество белого цвета, имеющее коэффициент преломления n = 2,30 (l= 0,5 мкм), область прозрачности - 0,39-14,5 мкм. ZnSe - кристаллическое мягкое вещество желтого цвета с областью прозрачности 0,55-22.0 мкм, коэффициент преломления n = 2.60 (l = 0,7 мкм). CdS - кристаллическое мягкое вещество оранжевого цвета с областью прозрачности 0,6-7 мкм. коэффициентом преломления около 2.5 (l- 0,7 мкм). CdSe - кристаллическое мягкое вещество темно-коричневого цвета с областью прозрачности 0,75-25 мкм, коэффициентом преломления 2.4 (l= 1,0 мкм). Однако перечисленные материалы обладают гигроскопичностью (ZnS) и недостаточно широким диапазоном области прозрачности. Для материалов, используемых в оптоэлектронике, желательно, чтобы область прозрачности была в интервале 0,70-39.0, Кроме того, перечисленные материалы имеют коэффициент преломления n = 2,30-2,58, что недостаточно для создания оптических структур с заданными параметрами. В основу изобретения поставлена задача подобрать в ряду известных химических веществ такие соединения, которые могли быть применимы в оптической промышленности за счет более низкой гигроскопичности, более высоких показателей преломления и более широкого диапазона области прозрачности. Поставленная задача решается применением ранее известных сложных халькогенидов формулы в качестве материалов для оптических покрытий. Синтез и физико-химические свойства предполагаемых соединений описан в научно-технической литературе: Znln2S4, Znln2Se4, Cdln2S4, Cdln2Se4, CdGa2Se4: [Lutz H.D., Fecher M. Gitterschwingings-, spektren. IV. Die Absorptionsspektren von Chalkogenspinellenin langwelligen Infrocrot. -Spectrochlm. Acta. - V.27a. - 1971. - P, 357-365; Томашик В.Η., Грьщив В.И. Диаграммы состояния систем на основе полупроводниковых соединений A'BVI. - Киев: Наукова думка.- 1982. -168с]. Mnln2S4, Mnln2Se4: [Зинченко В.Φ., Тетерин Г.А., Чаус И.С, Шаповалов А.В., Компаниченко Н.М.. Сычева Т.И. Физикохимические свойства халь-коиндатов марганца (II) в кристаллическом и расплавленном состояниях. Укр.хим.журнал. - 1990, т.36, № 12, с.1319-1321]. EuGa2S4, EuGa2Se4, Euln2S4, Euln2SE4: [Алиев Ο.Μ., Курбанов Г.Х., Рустамов П.Г., Алимжанов М.А., Салманов СМ. Получение и свойства халькогенидов и халько-индатов европия. - Неорганические .материалы. - 1976, т.12, № 11,- 4 с.1944-1947; Рустамов П.Г., Алиев О.М., Эйнулаев А.В., Алиев И.П. - М.: Наука.-1984. - 284 с] Из научно-технической и патентной литературы неизвестно применение одного из перечисленных соединений в качестве материалов для оптических покрытий, Улучшение оптических и эксплуатационных параметров оптических покрытий, полученных на основе соединений ММI 2X4 по сравнению с бинарными халькогенидами (ZnS, ZnSe и т.д.) обусловлено, главным образом, стабилизацией валентных состояний металлов в сложном халькогениде за счет донорноакцепторного взаимодействия и как следствие, уменьшением дефектности структуры и повышением стехиометрии наносимых тонкопленочных покрытий. Благодаря этому эффекту становится возможным применение в качестве одного из компонентов материала халькогенидов галлия и индия (МI2Х3), которые в индивидуальном состоянии практически непригодны для использования в качестве пленкообразующих материалов из-за нестехиометричности и высокой дефектности. В свою очередь они позволяют значительно расширить область прозрачности и повысить показатель преломления, а благодаря эффекту стабилизации механическую прочность и климатическую стойкость. Заявляемые материалы получают путем . синтеза простых металлов (М и МI) и халькогенов (X) в двухзонном реакторе из кварцевого стекла путем ступенчатого нагрева и последующей выдержки при заданной температуре в атмосфере инертного газа. Πример 1. Получение Cdln2S4. Синтезирован из простых веществ: Cd, in и S квалификации "ос.ч.". Взяли 23,89 г Cd в виде гранул. 48,81 г In в виде кусочков и 27,30 г S б виде зерен и порошка. Cd и In разместили в одной части (зоне) реактора, а S в другой зоне реактора. Реактор представляет собой двухсекционную ампулу с перетяжкой из кварцевого стекла, которую после загрузки шихтой промывали инертным газом и вакуумировали. Реактор помещали в двухзонную нагревательную печь, температуру в зоне металлов повышали от 280 до 1000°С, в зоне серы - от 240 до 750°С ступенчато в течение 50-55 часов. После окончания синтеза реактор охлаждали в режиме остывания печи, материал извлекали. Полученное вещество имело оранжевый цвет, масса образца около 100 г. Весь образец находится в секции, куда были помещены металлы. Примеры 2-11 иллюстрируют свойства различных оптических материалов, формулы аналогично примеру 1. Характеристика материалом приведена в таблице. Примеры 12-14 иллюстрируют свойства оптических материалов ZnS, ZnSe и CdS. Характеристика указанных материалов приведена в таблице. Тонкопленочные оптические покрытия из предлагаемых материалов наносились на подложки из германия и оптического стекла К-8 методом термического испарения в вакууме (вакуумные установки ВА 710 "Balzers") из вольфрамовых лодочек при давлении 1 · 10-5 мм рт.ст. (10-3Па) и скорости нанесения 1,5-2,0 нм/с и температуре подложек 50-70°С. Определялась устойчивость покрытий и воздействие влажной атмосферы (относительная влажность более 98% при 40°С) и термоциклировэнию с перепадом температур от -50 до +50°С в течение 5 циклов. Изменения внешнего вида и оптических параметров в результате проведенных испытаний не наблюдалось. Поэтому покрытия на основе халькошпинелей могут быть рекомендованы для среднего и дальнего ИК-диапазонов с повышенной климатической стойкостью.