СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЕЛЕНИДА ЦИНКА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЕЛЕНИДА ЦИНКА


RU (11) 2046843 (13) C1

(51) 6 C30B25/02, C30B29/48 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5057463/26 
(22) Дата подачи заявки: 1992.07.31 
(45) Опубликовано: 1995.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Заявка Японии N 56-141829, кл.C 01B 19/04, 1981. 2. Заявка Японии N 59-27725, кл. C 01B 19/04, 1984. 
(71) Заявитель(и): Институт химии высокочистых веществ РАН 
(72) Автор(ы): Девятых Г.Г.; Гаврищук Е.М.; Мурский Г.Л.; Коршунов И.А. 
(73) Патентообладатель(и): Институт химии высокочистых веществ РАН 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЕЛЕНИДА ЦИНКА 

Изобретение относится к силовой ИК-оптике, получению пассивных элементов мощных CO2 -лазеров. Сущность изобретения: на подложки из стеклоуглерода, нагретые до 650-750°С, осаждают промежуточный слой селенида цинка в течение 5 ч при концентрации исходных реагентов 40-50 моль/м3 а основной слой при концентрации 20-26 моль/м3. 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к силовой ИК-оптике и касается разработки способа получения селенида цинка, используемого в качестве пассивных элементов высокомощных СО2-лазеров и других приборов, работающих с мощным ИК-излучением.

Известен способ получения поликристаллического селенида цинка химическим осаждением из паровой фазы путем подачи паров цинка в потоке аргона и селеноводорода, включающий нанесение промежуточного слоя, состоящего из графитового порошка, на графитовую подложку, нагретую до 700оС, при общем давлении в реакционной зоне 13,3 кПа с последующим осаждением основного слоя селенида цинка [1]

По данным лазерной калориметрии на рабочей волне СО2 лазера (10,6 мкм) коэффициент общего оптического поглощения колеблется по геометрии образца от 0,8 до 5 м-1. Лазерную стойкость определяли прямым разрушением образцов в импульсном режиме работы одномодового СО2-лазера (длина импульса 200 нс, диаметр пучка 0,9 мм). Лазерная стойкость составляет 100 кДж/м2.

Неоднородность оптического поглощения по геометрии образца и низкая лазерная стойкость обусловлены главным образом неконтролируемыми включениями частиц графитового порошка в основной слой селенида цинка.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения поликристаллического селенида цинка химическим осаждением из паровой фазы путем подачи паров цинка в потоке аргона и селеноводорода, включающий нанесение промежуточного слоя тонкодисперсного порошка селенида цинка на графитовую подложку, нагретую до 850оС, при общем давлении в реакционной зоне 6,7 кПа с последующим осаждением основного слоя селенида цинка [2]

Коэффициент общего оптического поглощения на рабочей волне СО2-лазера колеблется по геометрии образца от 0,8 до 5 м-1. Лазерная стойкость составляет 12 кДж/м2. В этом случае неоднородность оптического поглощения и низкая лазерная стойкость обусловлены прорастанием пор с шероховатой поверхности порошкообразного селенида цинка в объем поликристаллического селенида цинка.

Недостатками способов получения селенида цинка [1, 2] являются непостоянное значение коэффициента оптического поглощения, меняющееся от точки к точке по геометрии образца, и низкая лазерная стойкость, что ограничивает, а порой исключает область его практического применения в качестве пассивных элементов высокомощных СО2-лазеров.

Для снижения общего оптического поглощения и повышения лазерной стойкости в известном способе получения поликристаллического селенида цинка, включающем нанесение промежуточного слоя селенида цинка химическим осаждением из паровой фазы путем подачи паров цинка в потоке аргона и селеноводорода к нагретым подложкам с последующим осаждением основного слоя поликристаллического селенида цинка, промежуточный слой выполнен из поликристаллического селенида цинка, который наносят на подложки из стеклоуглерода, нагретые до 650-750оС, при общем давлении в реакционной зоне 0,5-1,3 кПа, время осаждения не менее 5 ч при концентрации исходных реагентов 40-50 моль/м3, а осаждение основного слоя селенида цинка ведут при концентрации 20-26 моль/м3.

По предлагаемому способу получают массивные (105х800 мм) поликристаллические слои селенида цинка с лазерной стойкостью 200-220 кДж/м2 (20-22 Дж/см2), коэффициентом общего оптического поглощения на рабочей волне СО2-лазера (10,6 мкм) 110-3 см-1, постоянным по всей геометрии образца и размером зерна 50-100 мкм, что свидетельствует о высокой механической прочности материала.

Совокупность всех этих показателей является необходимой и достаточной для использования полученного поликристал- лического селенида цинка в высокомощных СО2-лазерах.

Температура подложки 650-750оС, общее давление в реакционной зоне 0,5-1,3 кПа, концентрация исходных реагентов при осаждении промежуточного и основного слоев 40-50 и 20-26 моль/м3 cоответственно, а также время осаждения не менее 5 ч были подобраны экспериментальным путем и, как показали опыты, являются оптимальными для достижения технического результата.

При температуре ниже 650оС коэффициент общего оптического поглощения увеличивается до 1 м-1 (110-2 см-1), лазерная стойкость снижается до 100-120 кДж/м2 за счет включения микрочастиц порошкообразного селенида цинка, образующегося в результате гомогенной реакции в газовой фазе.

При температуре выше 750оС коэффициент оптического поглощения непостоянен до геометрии образца, а лазерная прочность также понижается за счет образования пор, вызванных развитой морфологией поверхности роста.

При давлении ниже 4 мм рт.ст. реагенты уносятся за зону осаждения за счет высокой скорости газового потока в реакторе и образования промежуточного слоя не происходит. Лазерная прочность в данном случае снижается.

При давлении выше 10 мм рт.ст. коэффициент общего оптического поглощения непостоянен и колеблется по геометрии образца от 0,8 до 5 м-1.

В данном случае это происходит в результате внедрения в материал порошкообразных частиц селенида цинка.

При концентрации исходных реагентов ниже 40 моль/м3 поры в основном слое селенида цинка исчезают незначительно, а при концентрации выше 50 моль/м3 промежуточным слоем является порошкообразный селенид цинка, со стороны которого прорастают поры. В обоих случаях лазерная стойкость материала понижается до 100-120 кДж/м2, а коэффициент общего оптического поглощения непостоянен и его значение меняется от точки к точке по всей геометрии образца.

Осаждение промежуточного слоя селенида цинка менее 5 ч не приводит к исчезновению пор в основном слое селенида цинка, а осаждение более 5 ч нецелесообразно, так как лазерная стойкость не увеличивается и коэффициент оптического поглощения не снижается.

При осаждении основного слоя селенида цинка концентрация исходных реагентов также имеет существенное значение. При концентрации ниже 20 моль/м3 в селениде цинка образуются поры, а при концентрации выше 26 моль/м3 в слое образуются микровключения порошкообразных частиц селенида цинка. В обоих случаях лазерная стойкость снижается, а коэффициент общего оптического поглощения увеличивается.

П р и м е р 1. Выращивание массивных поликристаллических слоев селенида цинка проводят на установке, состоящей из горизонтальной кварцевой трубы, в которую помещены резервуар с цинком и реактор квадратного сечения, состоящий из четырех стеклоуглеродных пластин марки СУ-2000.

С помощью форвакуумного насоса достигают остаточного давления 1,3 10 кПа и регуляторами расхода газов устанавливают следующие потоки: поток аргона через резервуар с цинком, поток аргона через резервуар с цинком, поток аргона по трубке, через которую подают селеноводород, и поток аргона, подаваемый по отдельной трубке в рабочую зону осаждения. С помощью вентиля на выходе из трубы устанавливают давление в системе 0,9 кПа.

Затем включают нагрев девятизонного внешнего резистивного нагревателя. При достижении температуры в зоне цинка 570оС и в зоне реактора 700оС подают селеноводород с концентрацией 50 моль/м3. Изменением температуры в зоне источника цинка устанавливают его концентрацию 50 моль/м3 и ведут осаждение промежуточного слоя в течение 7 ч. Затем концентрацию селеноводорода понижают до 2-4 моль/м3. Вентилем тонкой регулировки устанавливают первоначальное давление в реакционной зоне 7 мм рт.ст. и проводят осаждение основного слоя.

Полученные предлагаемым способом поликристаллические слои селенида цинка не имеют пор и включений, оптически однородны и визуально прозрачны.

Путем прямых испытаний в одномодовом импульсном СО2-лазере (с длиной импульса 200 нс) было найдено значение лазерной стойкости, которое составило 220 кДж/м2. По данным лазерной калориметрии на рабочей волне СО2-лазера коэффициент общего оптического поглощения составляет 0,1 м-1, средний размер зерна 50-100 мкм, что свидетельствует о высокой механической прочности.

В таблице представлены свойства образцов поликристаллического селенида цинка, полученных при различных значениях температуры, давления и концентрации исходных реагентов.

Из таблицы видно, что получение селенида цинка с лазерной стойкостью 200-220 кДж/м2, коэффициентом общего оптического поглощения 0,1 м-1 (1 10-3 см-1), постоянным по всей геометрии образца, возможно только в том случае, когда осаждение поликристаллического селенида цинка ведут на стеклоуглеродную подложку, нагретую до 650-750оС, при давлении в реакционной зоне не менее 5 ч при концентрации исходных реагентов при осаждении промежуточного и основного слоев 40-50 и 20-26 моль/м3 соответственно (примеры 1, 2, 5, 6, 9, 10, 14-18). При температуре ниже 650оС и выше 750оС коэффициент общего оптического поглощения увеличивается, а лазерная прочность снижается (примеры 7, 8, 21, 22).

При давлении ниже 0,5 и выше 1,3 кПа коэффициент оптического поглощения либо увеличивается (примеры 11, 12, 23, 24), либо его значение непостоянно. Лазерная прочность в обоих случаях снижается.

При концентрации исходных реагентов ниже 40 и выше 50 моль/м3 лазерная стойкость снижается, а значение коэффициента оптического поглощения непостоянно (примеры 3, 4).

При осаждении промежуточного слоя селенида цинка менее 5 ч лазерная прочность снижается, а коэффициент оптического поглощения увеличивается (пример 13).

При осаждении основного слоя селенида цинка при концентрации исходных реагентов ниже 20 и выше 2,6 моль/м3 происходят понижение лазерной стойкости и повышение коэффициента общего оптического поглощения (примеры 19, 20).

Таким образом, все вышеперечисленные признаки являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они достаточны для достижения технического результата понижения лазерной стойкости и повышения коэффициента общего оптического поглощения.

В сравнении с прототипом предлагаемый способ позволяет снизить коэффициент общего оптического поглощения с 1 до 0,1 м-1 (с 110-2 до 110-3 см-1), величина которого постоянна по всей геометрии образца, повысить лазерную стойкость с 12 до 200-220 кДж/м2. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СЕЛЕНИДА ЦИНКА химическим осаждением из паровой фазы путем подачи паров цинка в потоке аргона и селеноводорода в реакционную зону к нагретым подложкам, включающий нанесение промежуточного и основного поликристаллического слоев селенида цинка, отличающийся тем, что подложки используют из стеклоуглерода, нагрев их ведут до 650-750oС, общее давление в реакционной зоне поддерживают 0,5-1,3 кПа, промежуточный слой выполняют из селенида цикла осаждением в течение не менее 5 ч при концентрации исходных реагентов 40-50 моль/м3, а основной слой при концентрации 20-26 моль/м3.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru