Об’ємне оптичне покриття та пристрій для його нанесення

1. Об'ємне оптичне покриття, яке виготовлене на основі матеріалу халькогенідного склоподібного напівпровідника багатокомпонентної системи Ge(Pb)-Ga(Sb, Bi)-S(Se), яке відрізняється тим, що містить щонайменше два об'ємні шари покриття, причому щонайменше один об'ємний шар покриття виконаний активним та виготовлений з вказаного матеріалу легованого щонайменше одним рідкісноземельним елементом. 2. Об'ємне оптичне покриття за п. 1, яке відрізняється тим, що об'ємні шари виготовлені із різних за хімічним складом халькогенідніх склоподібних напівпровідників. 3. Об'ємне оптичне покриття за одним з пп. 1 або 2, яке відрізняється тим, що кожний наступний шар об'ємного покриття виконаний із матеріалу, який має меншу температуру розм'якшення. 4. Об'ємне оптичне покриття за одним з пп. 1-3, яке відрізняється тим, що кожний наступний шар об'ємного покриття виконаний із матеріалу, показник заломлення якого менший за показник заломлення попереднього матеріалу. 5. Об'ємне оптичне покриття за одним з пп. 1-4, яке відрізняється тим, що активний об'ємний шар покриття містить матеріал, легований щонайменше одним рідкісноземельним елементом, вибраним із групи Cs, Tb, Sm, Eu, Nd. 6. Об'ємне оптичне покриття за одним з пп. 1-5, яке відрізняється тим, що додатково містить активний шар покриття, виготовлений на основі лю 2 (19) 1 3 95127 4 16. Пристрій за одним з пп. 9-15, який відрізняється тим, що містить механізм подачі підготовленого для нанесення покриття матеріалу в реактор. 17. Пристрій за одним з пп. 9-16, який відрізняється тим, що містить механізм автоматичної подачі підготовленого для нанесення покриття матеріалу в реактор. 18. Пристрій за одним з пп. 9-17, який відрізняється тим, що механізм автоматичної подачі підготовленого для нанесення покриття матеріалу в реактор з'єднаний із мікропроцесорним блоком керування. 19. Пристрій за одним з пп. 9-18, який відрізняється тим, що використані оптичні або індуктивні або ємнісні датчики положення реактора і/або тримача напівпровідникових приладів. 20. Пристрій за одним з пп. 9-19, який відрізняється тим, що механізм вертикального переміщення реактора і/або механізм горизонтального переміщення тримача приводиться в дію електродвигуном. 21. Пристрій за одним з пп. 9-20, який відрізняється тим, що механізм вертикального переміщення реактора з'єднаний з мікропроцесорним блоком керування. 22. Пристрій за одним з пп. 9-21, який відрізняється тим, що містить щонайменше один додатковий реактор. 23. Пристрій за одним з пп. 9-22, який відрізняється тим, що містить додаткові тримачі напівпровідникових приладів. Винахід належить до галузі оптичного і напівпровідникового приладобудування, а саме для люмінесцентного, просвітлюючого, захисного та фокусуючого об'ємного оптичного покриття активних пристроїв інтегральної оптики і багатофункціональних приладів напівпровідникової фотоніки (джерел випромінювання, ефективних візуалізаторів інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, волоконнооптичних підсилювачів, фотоприймачів), які працюють в області спектра оптичного діапазону та пристроїв для їх нанесення. Найбільш перспективними і технологічними матеріалами для нанесення об'ємного оптичного покриття є полімерні компаунди і склоподібні напівпровідники. Хоча халькогенідні та оксидні склоподібні напівпровідникові матеріали вважаються достатньо вивченими (визначені області склоутворення великої кількості склоутворюючих систем, досліджені їх хімічні, фізичні й оптичні властивості, відпрацьовані методики синтезу), інтерес дослідників до них не зменшується, завдяки можливості зміни в широких межах їх параметрів при зміні хімічного складу та введенню в них високих концентрацій домішок, в тому числі і рідкісноземельних елементів. Відсутність в коливних спектрах халькогенідних склоподібних напівпровідників (ХСН) високоенергетичних фононів приводить до низької імовірності багатофотонної безвипромінювальної релаксації рідкісноземельних іонів, а завдяки високому показнику заломлення (n>2), ХСН характеризуються високими перерізами поглинання і випромінювання рідкісноземельних іонів [1, 2]. Необхідність використання таких матеріалів зумовлена тим, що для активних пристроїв інтегральної оптики та багатофункціональних приладів напівпровідникової фотоніки необхідні хімічно та радіаційно стійкі оптичні покриття прозорі в широкій області спектра оптичного діапазону із заданим показником заломлення та великим питомим опором. Крім того вони повинні забезпечувати хорошу адгезію до матеріалу напівпровідникового приладу та узгодження з коефіцієнтом термічного розширення і бути технологічними у виготовленні. Відомі оптичні покриття [3] у вигляді тонких плівок, які використовуються для елементів інфра червоної оптики, ХСН із загальною формулою I ММ'2Х4, де М=Zn, Cd, Mn, Eu; M =Ga, In; X=S, Se. Такі тонкі шари прозорі в середній і далекій ІЧ областях спектра, мають високий показник заломлення та низьку гігроскопічність. Недоліком використання такого оптичного покриття для напівпровідникових приладів, які працюють в широкій області спектра оптичного діапазону є: висока кристалізаційна здатність матеріалу покриття, що дозволяє отримати тонкі шари тільки певного хімічного складу і товщини, обмежений спектральний діапазон роботи пристроїв, відсутня можливість механічного захисту і керування світловими потоками та технологічно складні у виготовленні. Відомі об'ємні оптичні покриття [4] для випромінюючих напівпровідникових приладів, що працюють у видимій та близькій ІЧ області спектра з використанням шару покриття на основі люмінофора, активованого рідкісноземельними елементами та полімеру певної об'ємної форми. Такі оптичні покриття розширюють область використання випромінюючих напівпровідникових приладів, забезпечують покращення їх світлотехнічних параметрів у видимій та близькій ІЧ-області спектра, дозволяють керувати світловими потоками, виконують механічний захист, а матеріали покриття технологічні у виготовленні та відповідають вимогам, які ставляться до оптичного покриття напівпровідникових приладів. Недоліком використання такого оптичного покриття для напівпровідникових приладів, які працюють в широкій області спектра оптичного діапазону є: обмежений клас полімерів придатних для об'ємного оптичного покриття в широкій області спектра оптичного діапазону (незадовільне або зовсім відсутнє пропускання випромінювання в близькій ультрафіолетовій або середній ІЧ області спектра), низький показник заломлення матеріалу полімеру (n=1,66) по відношенню до матеріалу напівпровідникового приладу, що обмежує область їх використання та складний технологічний процес одержання оптичного покриття. Відомі об'ємні оптичні покриття [5], які вибрані як найближчий аналог, для випромінюючих напівпровідникових приладів, які працюють у видимій і 5 близькій ІЧ області спектра з використанням аморфної кремнієвої плівки та об'ємного покриття на основі ХСН AS2S3 або йому подібних. Такі оптичні покриття забезпечують покращення світлотехнічних параметрів випромінюючих напівпровідникових приладів, дозволяють керувати світловими потоками, виконують механічний захист, а матеріали для такого покриття технологічні у виготовленні та відповідають вимогам, які ставляться до оптичного покриття напівпровідникових приладів. Недоліком використання таких оптичних покриттів для напівпровідникових приладів, які працюють в широкій області спектра оптичного діапазону, є: необхідність одночасного використання різних матеріалів, що значно обмежує клас матеріалів придатних для використання та ускладнює технологію їх нанесення, низька температура плавлення покриття (тільки певні пропорції компонентів ХСН дозволяють отримати скла з низькою температурою розм'якшення, які забезпечують роботу приладів), обмежений діапазон керування світловими потоками (напівсферична форма нанесеного покриття не забезпечує діаграму направленості потоку випромінювання придатного для практичного використання з кутом меншим за 60° без додаткових оптичних елементів), матеріали покриття містять леткі шкідливі компоненти. Для нанесення оптичного покриття на напівпровідникові прилади та елементи інтегральної оптики в промисловості широко використовуються вакуумні напилювальні установки (пости). На таких установках одержують тонкоплівкові покриття певної товщини широкого класу матеріалів. Недоліком таких установок є одержання оптичного покриття тільки у вигляді тонких плівок, що суттєво обмежує область використання оптичного покриття. Відомі високотехнологічні промислові пристрої для нанесення об'ємного оптичного покриття на основі епоксидних смол та полімерів з використанням прес-форм. Такі пристрої забезпечують простоту технологічного процесу нанесення об'ємного оптичного покриття на базі широкого класу епоксидних смол та полімерів. Недоліком таких пристроїв є те, що оптичні покриття на основі ХСН одержуються із шорсткою поверхнею, що суттєво зменшує інтенсивність випромінювання та неконтрольовано змінює світлові потоки. В основу винаходу поставлена задача одержати таке об'ємне оптичне покриття, яке працює в широкій області спектра оптичного діапазону, керує світловими потоками, має властивість просвітлення і активного люмінесцентного середовища при одночасному механічному захисті багатофункціональних напівпровідникових приладів та активних елементів інтегральної оптики. В основу винаходу поставлена також задача розробити простий та ефективний пристрій для одержання об'ємного оптичного покриття різної форми на основі розширеного класу матеріалів. Перша поставлена задача досягається тим, що згідно з винаходом, об'ємне оптичне покриття, яке виготовлено з матеріалу халькогенідного склоподібного напівпровідника багатокомпонент 95127 6 них систем Ge(Pb)-Ga(Sb,Bi)-S(Se) містить активний об'ємний шар покриття, матеріал якого легований хоча б одним рідкісноземельним елементом (Pr, Dy, Er) або не менше двох об'ємних шарів, серед яких хоча б один є активним об'ємним шаром. Друга поставлена задача досягається тим, що згідно з винаходом, пристрій для нанесення об'ємного оптичного покриття, що складається з станини, на якій розміщена нагрівна камера, тримача напівпровідникових приладів та реактора разом з механізмами їх переміщення відрізняється тим, що містить реактор із різним по всій довжині внутрішнім діаметром, датчики положення реактора і тримача, з'єднаних з мікропроцесорним блоком керування, які задають режим роботи не менше двох просторово розділених нагрівних елементів. Використання об'ємного оптичного покриття для активних пристроїв інтегральної оптики та багатофункціональних приладів напівпровідникової фотоніки на основі ХСН із багатокомпонентних систем Ge(Pb)-Sb(Bi,Ga)-S(Se) легованих рідкісноземельними елементами Се, Pr, Tb, Dy, Sm, Eu, Er, Nd або оксидних склоподібних напівпровідників дозволяє одержати активні об'ємні оптичні покриття за рахунок їх люмінесцентного випромінювання у видимому та середньому ІЧ діапазоні спектра при збудженні випромінюванням напівпровідникового елемента із близького ультрафіолетового або синього діапазону спектра. Вибором рідкісноземельного іона-активатора задається електронний склад активного оптичного покриття та визначається робота напівпровідникового елемента в цілому або активного елемента інтегральної оптики. Використання оксидних стекол дозволяє значно розширити області використання активних пристроїв інтегральної оптики та багатофункціональних приладів напівпровідникової фотоніки в ультрафіолетовій області спектра. Фізико-хімічні та оптичні властивості склоподібних напівпровідникових матеріалів наведені в таблиці. Покращення оптичних та експлуатаційних параметрів приладів напівпровідникової фотоніки та активних елементів інтегральної оптики зумовлене, головним чином, використанням об'ємного оптичного покриття на основі ХСН, що заявляються, у вигляді напівсферичної або куполоподібної форми, яке одночасно виконує ефект просвітлення при виконанні функцій механічного захисту та керування діаграмою направленості випромінювання. Ефект просвітлення випромінюючого напівпровідникового елемента відбувається за рахунок збільшення критичних кутів виходу випромінювання з нього при розміщенні його в середовищі з показником заломлення n, що задовольняє умові: nс