Захисне, просвітлююче та фокусуюче покриття на основі халькогенідного скла і спосіб його нанесення

1. Оптичне покриття на основі складного халькогенідного скла, яке відрізняється тим, що для оптичного покриття приладів напівпровідникової фотоніки використаний халькогенідний склоподібний сплав багатокомпонентної системи Ge(Pb)Sb(Bi,Ga)-S(Se), який не містить летких токсичних компонентів. 2. Спосіб нанесення оптичного покриття на основі халькогенідного склоподібного сплаву, в якому використовують відібрані кусочки халькогенідного скла для нанесення на попередньо нагрітий до необхідної температури напівпровідниковий елемент, який відрізняється тим, що подрібнені кусочки халькогенідного скла вміщують у кварцовий реактор, масу халькогенідного скла, внутрішній C2 2 (11) 1 3 та узгодження з коефіцієнтом термічного розширення і бути технологічними у виготовленні. Відомі матеріали [1] на основі складних халькогенідних стекол (ХС) формули ММ’2Х4, де Μ=Zn, Cd, Μn, Eu; ΜI=Ga, In; X=S, Se, які використовуються в якості матеріалів для оптичного покриття елементів інфрачервоної оптики. На основі цих стекол отримані тонкі плівки прозорі в середній і далекій ІЧ-областях спектру з високими показниками заломлення та низькою гігроскопічністю. Недоліком використання даних матеріалів для оптичного захисту напівпровідникових приладів є: складність їх одержання (наявність двохсекційної ампули з перетяжкою із кварцового скла, висока температура синтезу 550-1300К та витримка ампули в зоні нагрівника 50-55 годин), висока кристалізаційна здатність та не повна відповідність вимогам, які ставляться до матеріалів для оптичного захисту напівпровідникових приладів. Відомі матеріали [2] для герметизації оптичних напівпровідникових приладів на основі складних халькогенідних стекол, які вибрані в якості прототипу, що містять As (миш'як), Sb (сурму), S (сірку) і в які з метою пониження температури розм'якшення до 330-360К додатково вводять Se (селен) і Вr (бром) у відповідних пропорціях. Ці матеріали технологічні у виготовленні і відповідають вимогам, які ставляться до матеріалів, що використовуються для оптичного захисту напівпровідникових приладів. Недоліком даних матеріалів є наявність у них летких токсичних компонентів As і Вr, що потребує додаткових засобів з захисту працівників та запобіганню викидів цих компонентів в навколишнє середовище. Крім того використання ХС з низькою температурою розм'якшення, що заявлені у прототипі, для оптичного захисту напівпровідникових джерел ІЧ-випромінювання, які працюють при підвищених температурах [3, 4], в процесі експлуатації приводить до погіршення їх роботи у зв'язку з розм'якшенням матеріалу покриття та втратою ним початкової форми, а також помутнінням, викликаним хімічною нестійкістю ХС, що містять Вr. В основу винаходу поставлена задача вибрати з відомих областей склоутворення такі сплави, які відповідали б вимогам, що ставляться до матеріалів для оптичного захисту приладів напівпровідникової фотоніки, які працюють в ближній та середній ІЧ-області спектру, не містили б летких шкідливих компонентів та були прості у виготовленні. Поставлена задача досягається використанням відомих склоподібних сплавів із багатокомпонентних халькогенідних систем Ge(Pb)-Sb(Bi,Ga)S(Se) в якості матеріалів для оптичного покриття напівпровідникових приладів. Дані ХС мають змішану структуру близького порядку (октаедричні, тетраедричні та пірамідальні структурні одиниці), що визначає їх мобільність та реверсивність до перебудови структури і зміни оптичних властивостей, а зміна хімічного складу ХС дозволяє вирішувати проблему узгодженості коефіцієнтів термічного розширення напівпровідникового приладу, корпусу і оптичного покриття. Фізико-хімічні та оптичні параметри халькогенідних склоподібних 88565 4 сплавів із багатокомпонентних систем Ge(Pb)Sb(Bi,Ga)-S(Se) приведені в таблиці. Покращення оптичних та експлуатаційних параметрів приладів напівпровідникової фотоніки зумовлене, головним чином, використанням оптичного покриття на основі багатокомпонентних ХС, що заявляються, у вигляді напівсферичної або куполоподібної поверхні, яка одночасно виконує механічний захист, ефект просвітлення напівпровідникового приладу та фокусування випромінювання з активного елемента напівпровідникового джерела. Халькогенідні склоподібні сплави, що заявляються, одержують прямим вакуумним синтезом із елементарних компонент високої чистоти у відкачаних до тиску 133Па запаяних циліндричних тонкостінних кварцових ампулах з використанням вібраційного перемішування розплаву. Максимальна температура синтезу ХС складає 900-1100К, а тривалість процесу становить 15-20 годин. Охолодження розплаву проводять із швидкістю 50200К·см-1. Проведений аналіз фізико-хімічних і оптичних властивостей одержаних складних ХС показав, що всі стекла прозорі в області спектру 0,50-12,5мкм, мають малий коефіцієнт поглинання в цій області, питомий опір більше 109Ом·см при Τ=300К, коефіцієнт лінійного розширення від 1,2×10-5 до 3,2×10-5К-1, стійкі до агресивних середовищ, нерозчинні у воді та розбавлених кислотах. Показник заломлення змінюється в межах 2,0-2,9, а температура розм'якшення лежить в інтервалі 360-650 К. Сила зчеплення для всіх вибраних стекол складає не менше 8кг/см2. Багаторазовий цикл «плавлення - охолодження» не приводить до появи смуг поглинання в спектрах прозорості цих стекол. Халькогенідні склоподібні сплави, що заявляються, за своїми фізико-хімічними та оптичними властивостями відповідають вимогам, які ставляться до матеріалів, що використовуються для оптичного покриття приладів напівпровідникової фотоніки, які працюють в ближній та середній ІЧобласті спектру. Ефект просвітлення активного елемента в напівпровідниковому джерелі ІЧ-випромінювання відбувається за рахунок збільшення критичних кутів виходу випромінювання з активного елемента напівпровідникового приладу при розміщенні його в середовище з показником заломлення n, що задовольняє умові: nс