Спосіб обробки кристалічних елементів на основі селеніду цинку

.. Ч ' Ь Л Ч * "•=**• S3 18 для СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ К » союз советских СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ С 30 В 33/02, 29/48 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИГЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬГГиЯМ ПРИ ГННТ ССС? Мин! И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21) 4710781/26 (22) 2 7 . 0 b . 8 9 (72) Ы.А.Бороденко, Н.Н.Куттина, Е.К„Лисецкая, В.Д.Рыжиков и В.И.Силин (53) 6 2 1 . 3 1 5 . 5 9 2 ( 0 8 8 . 8 ) (56) Авторское с в и д е т е л ь с т в о СССР № 1526303, к л . С 30 В 33/00, 1 9 8 8 . Ґ54) СПОСОБ иБРАВОТКИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЬ СЕИЬНИДА ПИНКА. (57) Изобретение относится к области получения полупроводниковых м а т е р и а л о в , используемых в электронном, ядерном приборостроении, л а з е р н о й силовой о п г и к є , в д е т е к т о р а х и о н и з и рующих и з л у ч е н и й . Обеспечивает у в е л и чение прозрачности элементов. Обработку ведут nvH Ю00-1080°С в среде порошкообразного селенида цинка в протоке водорода в течение 3-10 ч для элементов с исходным коэффициентом оптического поглощения менее tO*"2 с м " 1 игсп с исходным коэффициентом ослабления менее 0,7 с м - 1 и с добавлением в порошкообразный селанид цинка 5-12 мае.% измельченного металлического селена для элементов с дру1 ими исходнііми оптическими характеристиками, СпОСОб ПОЗВО-ГІЯЄІ ПОВИСИТЬ пропускание элементов из Zn.Se в диапазоне длин воші 2-15 мкм до 70%, а элементов из ZnSe(Te) на длине вол- а ны 0 6h мкм - до 63%. 1 шт., 3 табл. Г"" Изобретение относится к области получения полупроводниковых материалов, используемь'х ъ электронном, ядерном приборостроении, лазерной сиповой оптике, в детекторах ионизирующих излучений. Цель изобретения - увеличение прозрач -шети элементов. На чертеже показаны зависимости оптического пропускания (Т) от длины волны СА) для сцинтилляционных э л е ментов ^nSe ( Т е ) . 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, 7-91 гUV I' На длине волны 0 , 6 4 мкм средний у р о вень пропускания о б л а с т и 2 на 12 В 5£ выше с р е д н е г о уровня области 1 и на 2% ниже соответствующего уровня о б л а с т и 3 . Иерекрыпание о б л а с т е й 2 и 3 в и н т е р в а л е Т на 0 , ь 4 мкм 56-59% о з н а ч а е т , что для рдзпичных исходных о б р а з ц о в данные з н а ч е н и я пропускания могут быть достигнуты отжигами как в п р и с у т с т в и и , так и а о т с у т с т в и е селена. Осуществляют способ следующим о б разом. Из к р и с т а л л о в ZnSe и Z n S e ( T e ) , полученных взращиванием ич р а с п л а в а под давлением а р г о н а , вырезают диски диаметром 25 км и толщиной 6 мм. Диски шлифуют и полируют, шероховатость рабочих поверхностей соответст 1630334 вует Rj.^0,05 нкм. Размеры готовых элементов 5 х 25 мм*, На подготовлен ных элементах измеряют уровень про| пускания и определяют коэффициенты поглощения (А) и ослабления ((И) в инфракрасной и видимой областях спектра. Пропускание элемента в И К области исследуют на спектрофотометре ИКС-29, а в видимой -' на спектрофото- 10 метре фирмы "Hitachi"» Коэффициенты поглощения И излучеК ния на 10,6 мкм элементов из ZnSe измеряют стандартным методом адсорбционной лазерной калориметрии с не-. 15 пользованием СО.-лазера, а коэффициенты ослабления волны'Л =0(64 мкм элементов из ZtiSe(Te) рассчитывают из значений пропускания. Затем элементы помещают в кварцевую трубу диа- 20 метром 35-40 мм, пересыпают их либо порошком селенида цинка квалификации " о с . ч . " (ЕТО 035.011.ТХ), либо смесью последнего с элементарным металлическим селеном квалификации " о с . ч . " 25 (МРТУ Ь-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 30 оптические характеристики элементов 2 составляют ДЫО*" см" и/У>0,7 см". Трубу с содержимым помешают в электропечь сопротивления. Герметично присоединяют газоподвод от электроли35 тического источника 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» вы- 40 держивают при заданной температуре 3-10 ч, после чего температуру снижают со скоростью 200°С/ч» при комнатной температуре отключают проток во- 45 дорода и извлекают элементы. Но известной технологии получения сцинтилляционного материала из легированного селенида іщнка 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 вы- 55 держивают при 1000°С в течение 24 ч. После повторной шлифовки и полировки измеряют коэффициенты поглощения и ослабления элементов, которые доставляют соответственно для ZnSe (Ц=0, 3-0,1 см-* * П р и м е р , Из кристалла селенида цинка, полученного выращиванием из расплава под давлением аргона ь вырезают диски диаметром 25 мм и толщиной 6 ми. После шлифовки и полировки получают оптические элементы диаметром 25 мм и толщиной 5 мм с оптически полированными рабочими поверхностями. Шероховатость рабочих поверхностей соответствует R г £0,05 мкм. Элемент, имеющий Т=Ь7% и/3=9 «10 см""' помещают в трубу из оптического кварца диаметром А мм и пересыпают поО рошком селенида цинка квалификации " о с . 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 подшлифовьгоают и полируют и измеряют его коэффициент поглощения на длине волны 10,6 мкм, /3=3-10"э см~ . В табл.1 и 2 представлены величины пропускания (Т), коэффициента поглощения (Л) и коэффициента ослабления ((U) элементов, обработанных по предлагаемому способу. Интервал значений /Ь элементов ZnSe после термообработки составил 2,5.10" 3 - 3,0- 1(Г3. см"! что в 1,52 20 раз ниже исходного 8,0'Ю~ 3 1 8,0'10~ см*" и достигаемого способом-про то типом 3,0 -1СГ"3 - Д,0-Ю~3 см 4 уровней. В 3-5 раз уменьшаются коэффициенты ослабления / элементов U ZnSe(Te) - с 0,97-0,52 см"' в образцах, не подвергаемых термообработке, до 0,3-1,0 см~^ прошедших отжиг в протоке водорода и среде порошкообразього 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, 1630.334 Основной эффект просветления кристаллических элементов наблюдается при их термообработке в 'протоке водорода и среде порошкообразного селеннда цинка. Он связан с термодиффузионным рассасыванием включения и неоднородностей, сопровождающимся химическим связыванием вредных примесей и уносом газовым потоком водорода из рабочего объема печи. в таблицах данных, обеспечивает воепроизводимость оптических параметров элементов из ZnSe и ZnSe(Te), Ф о р м у л а ( и з о б р е т е н и я Способ обработки кристаллических элементов на основе селенида цинка путем их выдержки при нагреве в газовой атмосфере, о т ^ л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения прозрачности элементов, обработку в е По сравнению со способом-прототидут при 1000-Ю80°С в среде порошкопом заявленный способ позволяет повышать как уровень пропускания оптичес- 15 образного селенида цинка в протоке водорода в течение 3-10 ч для элеменких элементов ZnSe а инфракрасной тов с исходным коэффициентом оптичесобласти спектра, так и сцинтилляционкого поглощения ft'MO"2 с м " или исных элементов ZnSe(Те) в видимой обходным коэффициентом ослабления ласти спектра; на 17% понижать вели( чину коэффициента поглощения оптичес- 70 Ш < 0,7 с м - и с добавлением в порошкообразный селенид цинка 5-12 мас»% кого элемента ZnSe,' в 4-14 раз сокраизмельченного металлического селена щать время термообработки. для элементов с г а ї Ю " 2 см или Предложенный способ прост, техноfU^0.7 с м " 1 . логичен и, как видно из приведенных Т а б л и ц а ! ПП Т, % (в диапазоне волн 2—1Ъ мкм) длин см" на 'Д = = 10,о мкм / * • до термо- после термо- до термо- после термообработки обработки обработки обработки t 2 60 3 ъ ь 4 5 ь ьз 67 Ь8 Ы 70 70. 70 70 70 70 8 , 0 •10-2 6 , 0 • ІСГ* 2 3,0 ПО" • 10~з t|o • 10-2 2 5,0 И О 3 , 0 - Ю- 3 3 , 0 , 10" э 3,0 ТО"3 з,о". го-э 3 2,5, Ю 2,6- 10-з Т а б ' л и ц а Т, % на г\ - 0 , 6 4 мкм с м "' н а =0,64 мкм ПП без термо- с термооб- без термо- с термообобработки работкой обработки работкой 1 2 3 4 5 6 50,0 43,5 46,0 43,0 45,0 40 58,0 57,5 60,5 62,0 63,0 56,0 0,52 0,81 0t69 0,83 0,74 0,97 0,23 0,27 0,12 0,09 0,06 0,30 2 1630334 Т а б л и ц а З Условия термообработки пп добавка темпе- в р е - до термооб- после термо- баз термо- с термообраселена» ратура, мя. ра ботгси, обработки, боткой, см ~ обработки» мас.% см" 1 см""* °С см 1 2 3 4 •5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 15 16 17 — _ 5 5 5 10 10 12 12 15 15 — 950 1000 1080 1050 1050 1080 1000 1000 Ї050 1080 1000 1080 1000 1050 1000 1080 1100 8 Ю" 3 9-Ю"» 8-Ю"» 0,40 0,19 0,23 . 2 1-Ю0,30 6-1J'2 0,35 8.!0-* 0,40 8-Ю-з 0,30 2-Ю-2 0,12 0,12 t -ю-* 3-10-2 0,09 4 00-' 0,06 ТО 5-Ю-2 0,12 10 6,0.10-2 ' 0,2710 6,0-10^* 0,30 0,30 10 8,0'10-2 2 3,Q..10~3 0,30 10 6,0-Ш' 10,5 Наблюдается спекание кристалла с порошком 2 3 5 10 10 10 5 3 5 10 , ю 3,5'Ю-з 3,0,10"з 2,5*10-* 5,0'Ю-з 6,0-10"» 6,3-Ю-з 3,С1О-з 2,6-10-3 2,5-10-3 3,0.10-э . 2,8.10-3 2,6.10-3 3,0.10-J 3,0.10~3 з,о. ю-» 0,70 0,52 0,58 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 Составитель Е,Лебедева Редактор Е.Мийропова Техред И.ДидыкЕ Корректор М.Максимшпинец Заказ 695/ДрИ Подписное Тираж 169 В И П Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Н ИИ 113035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . я д . 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,10t