En el sistema óptico infrarrojo, el germanio recubiertoHoja de ventanaDebido a sus excelentes propiedades de transmisión de ondas y estabilidad mecánica, es ampliamente utilizado en aeroespacial, instrumentos de precisión y transmisión láser de alta potencia. Como material de base central, la selección del germanio monocristalino afecta directamente la eficiencia óptica y la fiabilidad del dispositivo. En este trabajo, se explora en profundidad el valor clave del germanio monocristalino como sustrato de ventana de germanio recubierto a partir de las características del material, el proceso de preparación y las ventajas de aplicación.
I. características físicas y químicas básicas del germanio monocristalino
1. transmisión espectral amplia
El germanio monocristalino tiene una transmisión de hasta más del 95% en la banda infrarroja lejana de 2 a 14 micras, y el error de uniformidad del índice de refracción es inferior a ± 00005, lo que puede reducir efectivamente la pérdida de dispersión de la luz. Su ancho de Banda prohibida (067ev) lo convierte en uno de los pocos materiales semiconductores de la banda que pueden funcionar sin refrigeración.
2. estabilidad térmica
El punto de fusión alcanza los 938,25 ° c, el coeficiente de expansión térmica es de 6,1 × 10 ° C / (25 ° c), y el tamaño se puede mantener estable en un rango de temperatura especial de - 200 a + 150 ° c. Las características de baja conductividad térmica (68w / (m · k) ayudan a reducir el efecto de lente térmica bajo la acción de láseres de alta potencia.
3. propiedades de mecanizado
La dureza de mo es de 7,5, cerca del vidrio de cuarzo, pero la resistencia a la fractura es mayor. A través del proceso de corte y pulido de diamantes, se puede obtener un plano súper liso con una rugosidad superficial ra inferior a 0,5 nm para satisfacer las necesidades de adhesión de películas antirreflectantes (como las películas multicapa ZnS / y o).
2. crecimiento de cristales y tecnología de control de defectos
1. purificación por el método Czochralski
Se utilizó una materia prima de germanio policristalino de alta pureza (≥ 99999%), y se crecieron barras monocristalinas con un diámetro de Phi 50 a 100 mm a través del método de tracción directa. La concentración de dopaje se controla con precisión en el nivel ppb, lo que garantiza que la concentración de transportistas sea inferior a 1 × 10 cm, evitando la atenuación infrarroja causada por la absorción de transportistas libres.
2. optimización de la densidad de dislocaciones
La introducción de la tecnología de rotación acelerada del crisol (accr) redujo el gradiente de temperatura radial del cristal a menos de 0,5 ° C / cm, y la densidad de dislocación a menos de 10 ° C / CM cuadrado en el proceso tradicional. La integridad de la red cristalina puede alcanzar el 99,9% después de la morfología de rayos X.
3. innovación en el tratamiento de superficies
El pulido químico - mecánico (cmp) combinado con la capa pasiva de deposición de capa Atómica (ald) puede controlar la profundidad de la capa de daño subsuperficial a menos de 50 nm. Posteriormente, la limpieza por plasma elimina los residuos orgánicos y mejora la resistencia de Unión de la película a más de 50 mpa.
3. análisis comparativo de escenarios de aplicación típicos
| Área de aplicación | requisitos técnicos | Manifestación de la ventaja del germanio monocristalino |
| Ventana infrarroja de la nave espacial | Resistencia a la radiación y baja distorsión térmica | La dosis de rayos anti - gamma alcanza 1 mrad, y la precisión de la forma de la superficie PV < lambda / 10 |
| Ventana de salida del láser CO2 | Umbral de daño alto (> 10j / CM m2) | Dispersión sin límites de grano, aumento continuo de la temperatura de trabajo inferior a 2 ℃. |
| Filtro de terahertz | Transmisión de banda ancha (0,1 a 3thz) | La parte real de la constante dieléctrica Epsilon = 16,3, la parte virtual < 0001 |
IV. tendencias futuras de desarrollo
Con el aumento de la demanda de materiales transparentes ultravioleta profunda por fotolitografía ultravioleta extrema, se espera que el germanio monocristalino modificado con flúor (co - dopaje GE - f) supere el límite de longitud de onda de 193 nm. Al mismo tiempo, la estructura de superred de tensión basada en la tecnología de Epitaxia de haz molecular (mbe) está promoviendo el desarrollo de germanio monocristalino hacia la integración multifuncional.