Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?thesises=143 Дата изменения: Fri May 5 15:24:47 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 03:49:00 2012 Кодировка: koi8-r

Оптические свойства синтетического сапфира
Игнатов Юрий, 11 класс
Козлов Станислав Алексеевич, кандидат физико-математических наук
Россия, г. Ставрополь, Государственное образовательное учреждение
дополнительного образования детей «Центр творческого развития и
гуманитарного образования для одаренных детей «Поиск»»
Монокристаллы сапфира (техническое название - корунд) в настоящее
время широко применяются в микроэлектронике и оптоэлектронике в качестве
подложек для осаждения гетероэпитаксиальных структур кремния на сапфире,
нитрида галлия на сапфире, а также оптических окон в лазерах.
В технологии производства крупных и бездефектных кристаллов сапфира
применяются различные методы выращивания (Вернейля, Степанова, Киропулоса),
используются разные материалы в качестве тиглей (молибден, вольфрам) и
нагревателей (вольфрам, графит), а также различные режимы последующей
термической обработки (отжиг на воздухе, в вакууме, в аргоне) [1].
Целью нашей работы было изучение устойчивости кристаллов сапфира к
воздействию УФ излучения, выявление механизма изменения их оптических
свойств. В ходе исследований было установлено, что под действием облучения
ртутной лампы образцы приобретали наведенную окраску ("пожелтение"). Это
явление ухудшает рабочие характеристики оптоэлектронных приборов,
работающих в УФ диапазоне, и уменьшает срок их эксплуатации.
Объектами исследования были образцы монокристаллов сапфира,
выращенные методами Киропулоса, Степанова, Вернейля. Всего было исследовано
19 образцов толщиной от 6 до 60 мм. Исследованы спектры пропускания
образцов в диапазоне длин волн 185-1000 нм на спектрофотометре СФ-46.
Высококачественный сапфир прозрачен в видимой, ближней
ультрафиолетовой и
Рис.1 Рис.2
ближней инфракрасной областях и имеет некоторое снижение пропускания в
диапазоне 200-210 нм (рис.1). Наличие дефектов и примесей в кристалле
значительно увеличивает поглощение в полосах 200-210 нм и 360-370 нм.
Полосу 200-210 нм мы связываем с поглощением светового излучения данного
спектрального диапазона вакансиями кислорода в кристаллической решетке
сапфира[1]. Полоса 365 нм присутствует только в кристаллах сапфира,
выращенных в молибденовых тиглях. Кроме того, анализ спектров поглощения
атомарного молибдена[4] выявляет две интенсивные линии 363,5 и 365,5 нм,
что совпадает с нашими данными и позволяет предположить, что в матрице
монокристалла часть атомов молибдена находится в изолированном состоянии.
Наличие дополнительных примесей в исходном сырье, а также водяная или
воздушная течь камеры установки выращивания кристалла приводит к появлению
у него слабо зеленой окраски и усилению поглощения в диапазоне 360-370 нм.
При облучении ультрафиолетовым излучением ртутной лампы (ДРШ-250
?=365 нм и ЛД-40 ?=251 нм) в течение 15-60 мин. образцы приобретали желтую
окраску, причем под действием коротковолнового излучения окрашивание
происходило быстрее.
Для устранения окраски необходимо проведение термического отжига при
температурах 1000єС и выше, однако последующее облучение может вновь
привести к окрашиванию образца. При этом изменяется величина поглощения
света в диапазоне 200-210 нм: после облучения уменьшается, после отжига
возвращается в исходное положение.
Для снижения, а в ряде случаев и полного устранения, окрашивания
образцов под действием УФ излучения проводился их отжиг в среде аргона с
графитовым нагревателем. При этом после отжига поглощение в полосе 200-210
нм уменьшается и слабо изменяется под воздействием облучения. На наш
взгляд, отжиг в аргоне с графитовым нагревателем снижает концентрацию
вакансий кислорода за счет введения примесей углерода из газовой среды.
Косвенно это подтверждается появлением наведенной окраски вновь после
дополнительного отжига в вакууме.
Используя результаты проведенного исследования, можно определять
примесную и дефектную характеристику кристалла, а также оптимизировать
режимы термообработки с целью получения изделий, устойчивых к УФ излучению.
Автор благодарит руководство и сотрудников ОАО ЗСК "Монокристалл" за
предоставленные образцы и доступ к лабораторному оборудованию.
Литература.
1. Монокристалл корунда, О.Р.Добровиньска, и др. - КиОв:"Наукова
думка", 1994.
2. Кристаллография/Шаскольская М.П. - М.: "Высшая школа", 1984.
3. Рост и морфология кристаллов/Козлова О.Г. - М.: МГУ, 1972.
4. Хохлов В.В. Атлас спектральных линий, Ленинград, "Недра", 1991.
-----------------------
[pic]

[pic]