Интеллектуальные
системы

ПОДРОБНЕЕ

Терагерцовые
системы

ПОДРОБНЕЕ

Тепловизионные
системы

ПОДРОБНЕЕ

Продукция
специального назначения

ПОДРОБНЕЕ

Военная
продукция

ПОДРОБНЕЕ

Фотоприемные устройства на «кадмий-ртуть-теллуре»

17 января 2020

Ключевым элементов всех оптико-электронных систем (ОЭС) являются фотоприемные устройства (ФПУ), которые регистрируют световые потоки различных диапазонов длин волн, поступающие на вход ОЭС и преобразовывают их в электрические сигналы. В последние годы темпы развития тепловизионной техники и смена поколений матричных фотоприемных устройств (МФПУ) новых поколений на все спектральные диапазоны оптического излучения, в первую очередь инфракрасного, заметно ускорились. По прогнозу фирмы Maxtech International (США) рынок ИК-систем (гражданских и военных) составил $10,5 миллиардов в 2017 году, среднегодовой рост рынка ИК-систем составляет 4 6%, т.е. в 2023 году превысит 17 млрд. долл. Доля МФПУ в этом объеме составляет ~ 20%.

Прогноз рынка ИК-систем до 2023 г.

Рис.1 Прогноз рынка ИК-систем до 2023 г. (источник Maxtech International)

Для ИК фотонных детекторов спектральных областей чувствительности 3 - 5 и 8 - 14 мкм (MWIR - средне-волновые ИК и LWIR - длинноволновые ИК) прозрачности атмосферы, как правило, требуется криогенное охлаждение (вплоть до Т ~ 80 - 150 K), чтобы...

Развернуть

Прогноз рынка ИК-систем до 2023 г.

Рис.1 Прогноз рынка ИК-систем до 2023 г. (источник Maxtech International)

Для ИК фотонных детекторов спектральных областей чувствительности 3 - 5 и 8 - 14 мкм (MWIR - средне-волновые ИК и LWIR - длинноволновые ИК) прозрачности атмосферы, как правило, требуется криогенное охлаждение (вплоть до Т ~ 80 - 150 K), чтобы уменьшить скорость тепловой генерации носителей заряда. Типичная конструкция современного МФПУ показана на рис.2. Гибридный фотоприемный узел, включающий матрицу фоточувствительных элементов, состыкованную с кремниевой интегральной схемой считывания, смонтирован в вакуумный корпус МФПУ. Охлаждение МФПУ обеспечивается микрокриогенной системой охлаждения (МКС), работающей по циклу Стирлинга.

Конструкция модуля с охлаждаемым МФПУ

Рис.2. Конструкция модуля с охлаждаемым МФПУ

В настоящее время на повестке дня стоит разработка и внедрение инфракрасных МФПУ второго и третьего поколений. Ко второму поколению относятся МФПУ «смотрящего типа» с числом элементов до 106 (мегапиксель). Третье поколение МФПУ характеризуется расширенными возможностями, реализующими многоспектральный прием оптического излучения и др.

Основные полупроводниковые фоточувствительные материалы

Основой МФПУ являются полупроводниковые фоточувствительные материалы, роль которых в достижении их конечных характеристик все более возрастает. В последнее время круг этих исходных материалов для инфракрасной фотоэлектроники обозначился достаточно ясно. Доминирующими для охлаждаемых МФПУ остаются кадмий-ртуть-теллур (HgCdTe, КРТ) на спектральные диапазоны 1-2,5 мкм; 3-5 мкм; 8-14 мкм и антимонид индия (InSb) на диапазон 3-5 мкм (Рис. 3). Значительное расширение областей применения МФПУ коротковолнового ИК диапазона спектра (0,9-1,7 мкм) привело к развитию тройного полупроводникового соединения индий-галлий-мышьяк (InGaAs), появлению охлаждаемых МФПУ на основе сверхрешеток (InAs/GaSb Type II SL) и квантовых ям (QW, QD).

КРТ – основной материал современной инфракрасной фотоники.

С середины 80-х годов ХХ века КРТ утвердился в мире как основной материал ИК- фотоэлектроники, оставив позади по объему продаж другие полупроводниковые фоточувствительные материалы. Впервые, в 1959 г. в Англии Лоусоном, а в СССР в 1960 г. А.Д. Шнейдером из Львовского педагогического института были опубликованы две первые работы, посвященные исследованию системы CdTe-HgTe. Из результатов работ следовало, что оба соединения обладают бесконечной растворимостью по отношению друг к другу и образуют непрерывный ряд твердых растворов с плавно меняющейся шириной запрещенной зоны. Меняя состав х твердого раствора CdxHg1—xTe в пределах 0,2-0,5, можно было получить материал, пригодный для детектирования ИК-излучения во всех трех "окнах” прозрачности земной атмосферы — 1,5-2,5; 3-5 и 8-14 мкм.

Доли различных материалов в продажах ИК-систем

Рис.3 Доли различных материалов в продажах ИК-систем

Технология получения КРТ носит сложный многоступенчатый характер и включает тонкую очистку исходных Cd, Hg и Те, синтез соединений HgTe и CdTe, получение поликристаллов и монокристаллов CdHgTe. В настоящее время слои КРТ получают методом эпитаксии на подходящей подложке. В ГИРЕДМЕТе для выращивания эпитаксиальных слоев КРТ был выбран метод жидкофазной эпитаксии на подложке из соединения кадмий-цинк-теллур (КЦТ), который в настоящее время является основным промышленным методом изготовления эпитаксиальных слоев в ведущих мировых фирмах, производящих многоэлементные и матричные фотодиоды. (Рис.4)

Основные преимущества этого метода: относительно низкая стоимость и высокая производительность оборудования, автоматическая доочистка поверхности на начальном этапе роста, дополнительная очистка от примесей в процессе роста и одно-родность состава по площади. Однако, подложки большой площади из CdZnTe остаются дорогим изделием с плохо воспроизводимыми характеристиками. В связи с этим повсеместно разрабатываются технологии создания гетероструктур CdHgTe на альтернативных подложках, таких как Si, GaAs, Ge. Большое различие параметров кристаллических решеток, химическая и структурная несогласованность КРТ на Si делает задачу разработки и изготовления МФПУ на основе структур КРТ/Si, с подходящими параметрами, чрезвычайно сложной. В ИФП СО РАН разработана технология и изготовлено оборудование для решения данной задачи.

Матрица фотодиодов на КРТ

Рис.4 Матрица фотодиодов на КРТ

 

 

Марка Mars LW Scorpio LW Hawk LW Harier LW АСТРОН-640КРТ15А810 HiPIR-640
Фирма Lynred Finmeccanica ОКБ Астрон / ИФП СО РАН AIM Infrarot-Module GmbH
Страна Франция Англия Россия Германия
Формат 320 × 256 640 × 512 640 × 512 640 × 512 640 × 512 640 × 512
Шаг, мкм 30 15 16 24 15 15
Технология HgCdTe HgCdTe HgCdTe HgCdTe
Траб, К 80 80 80 80 70 67
Табл.1 Матричные ФПУ на основе КРТ различных производителей

 

Ситуация в России

В России проблема обеспечения разработок и производства в области ИК-фотоэлектроники отечественными фоточувствительными материалами стоит достаточно остро. К настоящему времени удалось разработать технологии и создать производственные участки по выпуску некоторых фоточувствительных материалов, в том числе монокристаллов антимонида индия, эпитаксиальных структур КРТ, а также полупроводниковых подложек кадмий-цинк-теллур (КЦТ) (АО «Гиредмет»).

Разработкой фотоприемных устройств различного назначения в России занимается ряд предприятий, сосредоточенных в АО «Швабе» и АО «Росэлектроника», в Российской академии наук, а также частные предприятия. Основными поставщиками тепловизионных ФПУ и МФПУ являются АО «НПО «Орион» и АО «МЗ Сапфир», входящие в АО «Швабе», а также частное предприятие АО «ОКБ «Астрон». АО «НПО «Орион» разрабатывает и ведет производство охлаждаемых и неохлаждаемых фотоприемников, материаловедческая база предприятия ориентирована на молекулярно-лучевую эпитаксию. АО «МЗ «Сапфир» производит охлаждаемые и неохлаждаемые ФПУ на основе Si, Ge, InSb, CdHgTe. АО «НИИ «Полюс» развивает неохлаждаемые ФПУ на основе InGaAs методом эпитаксии из металлорганических соединений. Предприятия АО «Росэлектроника» специализируются на разработке и производстве матриц видимого диапазона на основе кремния, охлаждаемых МФПУ на основе квантовых ям, барьера Шотки из силицида платины, видиконов, пироэлектрических приемников и глубокоохлаждаемых ФПУ на основе примесного кремния (АО «НПП «Пульсар», АО «ЦНИИ «Электрон», АО «ЦНИИ «Циклон» АО «НПП «Восток»). Институт физики полупроводников Сибирского отделения РАН развивает ФПУ на основе CdHgTe, InAs, микроболометров и квантовых ям. АО «ОКБ «Астрон» (г. Лыткарино) разрабатывает и производит тепловизионные приборы гражданского назначения на основе неохлаждаемых МФПУ собственного производства, а также охлаждаемых МФПУ на основе CdHgTe совместно с ИФП СО РАН и микрохолодильной системы Астрон-МКС500.

Таким образом, в настоящее время в России разработан МФПУ второго поколения, а также крупноформатные и смотрящие ИК ФПУ. Достигнутые результаты близки по своим показателям мировому уровню.

Тенденции развития МФПУ на КРТ

Уменьшение шага и повышение формата является всеобщим трендом практически для вех мировых разработчиков и производителей МФПУ на КРТ. Фирма Leonardo (Великобритания) уже достигла шага 8 мкм для матриц мегапиксельного формата средневолнового ИК диапазона, а фирма Lynred (Франция) к 2020 году планирует достичь шага 5-7 мкм для таких матриц и совместно с научным центром CEA LETI (Франция) проводит интенсивные работы в этом направлении.

Формат МФПУ 640×512 элементов при шаге 15 мкм является в настоящее время основным форматом и, по-видимому, по соотношению «цена–качество» на ближайшие 5-10 лет он таковым и останется. Ведущими фирмами-разработчиками МФПУ в качестве коммерчески доступного достигнут мегапиксельный формат 1280×1024 элементов. В настоящее время цены на такие матрицы достаточно высоки и не позволяют разработчикам аппаратуры осуществить массовый переход на него. Однако уже к 2025 году такой переход произойдет.

Таким образом, за рубежом за последнее время произошло значительное продвижение в области инфракрасных матричных фотоприемных устройств и все в большей степени передовые образцы МФПУ становятся доступны потребителям. Это значительно расширяет перспективы совершенствования и создания новых инфракрасных оптико-электронных систем, а также поддерживает устойчивый рост объема рынка в этой области.

Последнее десятилетие можно охарактеризовать как период стремительного развития технологий КРТ и приборов на его основе. По-видимому, КРТ останется основным материалом для производства высокочувствительных устройств, по крайней мере, в течении ближайших 10 - 15 лет, так как матрицы, созданные на его базе имеют параметры, которые близки к предельным фундаментальным характеристикам и они могут функционировать в нескольких спектральных диапазонах прозрачности атмосферы. На сегодня в сравнении с КРТ не существует других конкурентноспособных материалов с высокой степенью готовности к производству, способных заменить его для применений, требующих мультиспектральных возможностей в раннем обнаружении, распознавании и идентификации на больших расстояниях и функционирующих с высокой кадровой частотой. Несмотря на изобилие новых идей и методов регистрации ИК-излучения в диапазоне 8-14 и 3-5 мкм (квантовые ямы, сверхрешетки на основе широкозонных полупроводников и другие структуры), приборы на основе КРТ (вместе с фотоприемниками на основе InSb, PbSe и микро-болометрами) вероятнее всего будут доминировать в оптико-электронном приборостроении. В ближайшем будущем использование описанных технологий на основе КРТ приведет к созданию более крупноформатных матричных приборов для тепловидения. Мы считаем, что динамику развития ФПУ на основе КРТ можно оценить, как представлено на рис.5.

История и прогноз развития МФПУ на основе КРТ

Рис. 5. История и прогноз развития МФПУ на основе КРТ, шт (Источник - Maxtech. International, расчёты авторов)

Для России задача достижения паритета с мировым уровнем, а также создания опережающего научно-технического и технологического заделов для развития МФПУ могут быть решены программно-целевым методом, предусматривающем проведение комплекса мероприятий технического и организационного характера в рамках механизма государственно-частного партнерства.

В настоящем обзоре использования материалы XXV Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (г. Москва, НПО Орион) 2018 г.

Старцев В.В., Наумов А.В.

«Растрепанный камуфляж» - импровизированное испытание

25 ноября 2019

Мы в нашем блоге много пишем о тепловой маскировке. В настоящее время камуфляж разрабатывается по двум совершенно разным технологиям – статической и динамической.

Первая предполагает использование красок или текстиля, которые не меняются после нанесения. Вторая технология позволяет материалу камуфляжа адаптироваться к окружающей среде в реальном времени. Именно ко второму типу относится «растрепанный камуфляж». Эффект адаптации под среду достигается за счет использования текстиля или другой ткани с дырами и бугорками, которые торчат в разные стороны. При перемещении техники кажется, что...

Развернуть

Первая предполагает использование красок или текстиля, которые не меняются после нанесения. Вторая технология позволяет материалу камуфляжа адаптироваться к окружающей среде в реальном времени. Именно ко второму типу относится «растрепанный камуфляж». Эффект адаптации под среду достигается за счет использования текстиля или другой ткани с дырами и бугорками, которые торчат в разные стороны. При перемещении техники кажется, что ткань движется, как волны на воде – таким образом объекты могут максимально слиться с окружающей средой, в которой не бывает ничего статичного.

Разработчики утверждают, что данный подход позволяет скрыть не только форму, блики и тени, но и делает технику абсолютно неуловимой для радаров и инфракрасных камер врага. Форма отверстий в сетке поглощает и рассеивает лучи радаров. Также система циркуляции воздуха в камуфляжном покрытии разработана таким образом, чтобы воздух, который проходит за камуфляжем, имел ту же температуру, что и окружающая среда. Это позволяет скрывать тепло передвигающихся объектов и делает их невидимыми для средств инфракрасного обнаружения.

«Растрепанный камуфляж» - импровизированное испытание

Это, конечно, мягко говоря, преувеличение. Скрыть тепловое излучение объекта можно академически достаточно легко – например, спрятаться за листом стекла…. Но практичность такого подхода в реальной обстановке проблематична…

Сложность проблемы стала наглядна для разработчиков во время случайной встрече на выставке «Армия-2019». Сотрудник нашей компании А.В. Наумов, заметил на выставке стенд компании по производству камуфляжа, которая позиционировала свою продукцию как защищающую от теплового обнаружения. Он пригласил сотрудников этой компании со своей продукцией на наш стенд, где поставил их перед тепловизиром «АСТРОН».

«Растрепанный камуфляж» - импровизированное испытание

Был проведен натурный эксперимент, потом завязалась дискуссия. Результаты можно увидеть на фотографии с экрана тепловизора «Астрона», где фигура в центре – человек держащий в руках трикотажную металлизированную сетку, которая ни в малейшей мете не укрывает от взгляда тепловизора, а человек справа – держит в руках тот самый «растрепанный» камуфляж. Действительно, некоторое поглощение и рассеивание теплового излучения происходит. Это не дает гарантии необнаружения, но форму тела, например, лежащего снайпера, отчасти маскирует, в том числе и в тепловом диапазоне. Можно предположить, что при длительном нахождении на позиции лежащий, или тем более двигающийся человек «нагреет» камуфляж, что будет немедленно идентифицировано. Однако, в целом, можно сказать, что подобный камуфляж имеет право на существование, а направление разработок является перспективным.

По материалам techcult.ru

Селенид цинка ZnSe в современной опто- и фотоэлектронике

25 ноября 2019

Интерес к селениду цинка появился в начале 80-х годов прошлого века, когда начался поиск материалов, прозрачных в инфракрасном диапазоне спектра и, в первую очередь, на длине волны 10,6 мкм. На этой длине волны работали появившиеся в 70-е годы СО2-лазеры. Работа над созданием лазерной аппаратуры активно велась в США и в СССР. Одна из проблем заключалась в создании прозрачных для ИК-излучения окон, через которые энергетический луч мог быть выведен из замкнутого контура лазера в заданном направлении с минимальными потерями мощности. Искали материал прозрачный и обладающим низким внутренним поглощением излучения, механически прочный, стойкий к воздействию атмосферы и высоких температур. В СССР к решению этой проблемы были подключены Государственный Оптический институт им Вавилова (г. С.-Петербург), Институт Химии Высокочистых Веществ (г. Нижний Новгород) институт «ГИРЕДМЕТ» (г. Москва) и ВНИИ «Монокристаллов» (г. Харьков).  Прозрачность ZnSe в видимом диапазоне спектра, облегчавшая настройку лазеров и других приборов ИК техники, обусловила преимущество ZnSe в сравнении с CdSe и CdTe, непрозрачными для видимого света, в ИК оптике.

Сегодня селенид цинка используется в устройствах ИК-оптики с диапазоном прозрачности 0,5–22 мкм. Наиболее часто используемыми материалами для ИК-применений являются поликристаллы ZnSe, которые в основном применяются для производства окон, зеркал и линз.

Селенид цинка свойства и области применения

Селенид цинка (ZnSe) – светло-желтое твердое вещество, является прямозонным...

Развернуть

Сегодня селенид цинка используется в устройствах ИК-оптики с диапазоном прозрачности 0,5–22 мкм. Наиболее часто используемыми материалами для ИК-применений являются поликристаллы ZnSe, которые в основном применяются для производства окон, зеркал и линз.

Селенид цинка свойства и области применения

Селенид цинка (ZnSe) – светло-желтое твердое вещество, является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны 2.7 эВ при 25 °С.

  • Применяют селенид цинка в качестве:
  • проходной, выводящей, фокусирующей, светоделительной и фильтрующей оптики инфракрасного (ИК) диапазона;
  • оптических преобразователей частоты ИК и ТГц диапазонов;
  • твердотельных элементов приборов управления световым потоком;
  • пассивных модуляторов (насыщаемых абсорберов) для импульсных лазеров ближнего ИК диапазона;
  • твердотельных элементов сцинтилляционных и полупроводниковых детекторов ионизирующих излучений;
  • подложек для выращивания кристаллов и пленок из газовой фазы.

Селенид цинка в виде монокристаллов используется для изготовления оптических окон, линз, призм и зеркал, в частности для ИК-техники. ZnSe также используется в качестве фокусирующей и проходной оптики, системах СО2-лазеров высокой мощности (λ=10,6 мкм). Поликристалл можно применять для создания выходных устройств в лазерах. Т.к. его спектр пропускания полностью перекрывает прозрачность атмосферы в видимой и ИК областях спектра, это позволяет применять его в перспективных гиперспектральных оптических системах. Необходимо отметить, что вследствие высокого показателя преломления селенид цинка требует нанесения просветляющего покрытия.

Поликристаллический селенид цинка активно используется в приборах ночного видения, тепловизионных системах переднего обзора (FLIR-системы). Монокристалл селенида цинка используют в качестве подложек для детекторов, сцинтилляционный монокристалл находит применение в приборах для досмотра багажа.

Методы получения селенида цинка

Объемные образцы селенида цинка получают разными методами: выращиванием из расплава, горячим прессованием порошка, кристаллизацией из паровой фазы (PVD), химическим осаждением из газовой фазы (CVD). В зависимости от используемого метода свойства материала могут существенно отличаться, что связано с влиянием условий получения материала на его структуру, примесный состав, наличием объемных дефектов и др. Говоря о расплавных методах выращивания, можно отметить, что способ Бриджмена остается одним из самых распространенных.

Схема CVD-метода

Схема CVD-метода

Еще одну группу технологий выращивания кристаллов из газовой фазы принято называть химическим осаждением паров (CVD-метод). Метод может быть реализован в двух основных вариантах – собственно CVD, когда кристалл получают путем проведения реакции паров металла с H2BVI, и CVD с применением металлорганических компонентов, например диметил- или диэтилцинк для выращивания ZnBVI. Химическое осаждение паров применялось для получения всех бинарных II-VI соединений, однако, объемные материалы в виде поликристаллов с размером зерна ~1х10-4 м успешно выращивают только из ZnSe и ZnS. Селенид цинка может быть изготовлен в виде пластин с размерами до 1,05х0,95х0,04 м, хотя чаще выращивается меньшей площади, ~0,12х0,12 м, что позволяет добиваться более высокого оптического качества кристаллов. Зона осаждения в реакторах для CVD, как правило, в форме трубы прямоугольного сечения со стенками из подложек, чаще всего, стеклоуглеродных. Поэтому за один процесс возможно получение четырех пластин. Селенид цинка, выращенный методом CVD, обычно имеет отличные оптические характеристики в ИК-области, но в видимом диапазоне заметно рассеивает излучение. Методом химического осаждения из газовой фазы поликристаллический селенид цинка можно получить с использованием различных химических реакций, где в качестве источника цинка используются летучие галогениды, металлоорганические соединения цинка или элементарный цинк, а в качестве источника селена – селеноводород, элементоорганические соединения селена или элементарный селен.

Каждый из процессов получения селенида цинка имеют свои достоинства и недостатки. Большинство разработанных в настоящее время методов позволяют получать поликристаллический селенид цинка с высокой прозрачностью в инфракрасной области спектра.

Рынок ZnSe

ИК-устройства с оптикой из селенида цинка покрывают широкий круг применений, как в сфере гражданских применений, так и военных. Спрос на приборы инфракрасного спектрального диапазона со стороны оборонного сектора составляет порядка 70% от общего спроса на данные устройства. Среди применений оборонного назначения можно назвать авиационные морские, наземные ближнего и среднего ИК-диапазона и тепловизионные системы слежения. Тепловизионные и ИК-приборы активно входят в бытовое пользование в разных странах. Перспективны разработки в области автомобильной, железнодорожной, энергетической и нефтегазовой промышленности. В последние годы появлялись системы ночного видения для автомобилей. Эти системы могут дать мощный толчок развитию рынка.

Рынок всех оптических элементов для инфракрасных устройств оценивается в 4.50 млрд.$ США. Из оптических материалов, используемых для производства ИК-оптики, около 15-20% в денежном выражении приходится на оптику ZnSe.

Рынок материалов для ИК-камер по оптическим материалам 2012-2020, млн.$

Рынок материалов для ИК-камер по оптическим материалам 2012-2020, млн.$

На настоящий момент наблюдается увеличение спроса на приборы среднего и теплового ИК-диапазона. Отмечено значительное увеличение объемов рынка ИК-устройств за счет расширения круга областей применения и выход на рынок приборов ИК-диапазона гражданского назначения.

Помимо назначений регистрации сигнала для оборонных, коммерческих и бытовых назначений, немалую долю рынка составляют приложения генерации излучения данного спектрального диапазона. В последние годы мировой рынок технологических СО2-лазеров составил 570- 670 млн.$ США.

В период 2002-2012 гг. рынок ZnSe стремительно рос. После 2016 г. и, по прогнозам, до 2022 г объем рынка несколько снижается. Это можно рассматривать как коррекцию после периода бурного роста, но вред ли свидетельствует, что в долгосрочной перспективе развитие рынка прекратиться. Объем рынка оптических материалов из селенида цинка на сегодня составляет около 230 млн. Объем внутреннего российского рынка значительно меньше – в натуральном выражении составляет 2,5-3 тонн.

Динамика и прогноз рынка ZnSe (2002-2022), млн.$ США

Динамика и прогноз рынка ZnSe (2002-2022), млн.$ США

Стоимость на рынке заготовки из ZnSe CVD в зависимости от качества составляет от 1,4 до 2,0 долларов за грамм. Стоимость оптических компонентов (линз, окон, зеркал) – в 5-10 раз выше.

Следует отметить, что стоимость исходных материалов, используемых при производстве селенида цинка – селен и цинк (чистотой 99,5-99,9%), составляет единицы процентов от стоимости готовой продукции и присутствуют в достаточном количестве, как на российском, так и на мировом рынке, не являясь лимитирующими материалами для развития рынка.

CVD-ZnSe потребляется всеми развитыми странами и многими странами третьего мира, прежде всего из Юго-Восточной Азии. К крупнейшим потребителям относятся компании, производящие комплектующие для технологических лазерных установок на основе готовых оптических элементов из CVD-ZnSe. В свою очередь, такие оптические элементы производят многие оптические фирмы в Европе, США, Китае, России. Другую, меньшую, группу потребителей материала образуют компании, производящие различные FLIR системы, устройства ИК-диапазона. В списке основных потребителей CVD-ZnSe более 400 компаний.

Что касается российских потребителей, в настоящее время отмечается рост интереса к материалу качества Laser Grade для технологических лазеров. В тоже время существует тенденция роста внутреннего российского рынка крупноразмерного FLIR-материала, прежде всего за счет военных заказов и роста систем безопасности.

Рынок элементов FLIR-качества составляет около 17-19 млн.$ США. В случае FLIR-применений у селенида цинка существуют конкуренты менее качественные, но имеющие меньшую стоимость – NaCl, KCl, AgCl, KRS-5, KRS-6, ZnS.

Прямые оценки рынка лазерной оптики на основе селенида цинка в литературе отсутствуют. Мировой объем продаж промышленных лазеров в 2018 году достиг 4.5 млрд долл., из которых около 600 млн долл. составляют СО2-лазеры. Селенид цинка, как отмечалось, является основным расходным материалом для мощных СО2 лазеров. Если в лазерах мощностью 3,5 кВт время наработки оптических элементов составляет около 1500 час, то в лазерах мощностью 20 кВт и более оно сокращается более чем на порядок.

Основным производителем в мире селенида цинка и оптики на его основе являются компании: Dow Chemical (США), Phoenix Infrared, II-VI Inc. (США), R’AIN Group (Россия), Crystaltechno , PhoenixTek , Vital Materials (Китай) , Laser Optex (Китай), Ultiquest Technologies (Китай), Ningbo Yinzhou Huajing Photoelectric Plastic Co. (Китай). Оценить объем производства китайских производителей не представляется возможным.

Доли основных производителей селенида цинка, %% (без учета китайских производителей)

Доли основных производителей селенида цинка, %% (без учета китайских производителей)

О российской ситуации: во-первых, в Россию поступает большое количество оборудования по материалообработке (резка, сварка, разделка отверстий в труднодоступных местах, раскройка листовых материалов), а также в медицине и научных исследованиях), в составе которого входят энергетические лазеры. Оптика лазерных систем имеет ограниченный срок эксплуатации. Объем деталей, требующих замены, стремительно растет, тем самым создавая объективные предпосылки роста российского рынка. Во-вторых, об оживлении спроса на изделия из селенида цинка свидетельствует образование новых игроков на рынке – производителей собственно материала и оптики из этого материала. В-третьих, ряд оптико-механических производств, как входящих в госкорпорации («Швабе», «Ростехнологии»), так и частных (АО «ОКБ «Астрон»), занимаются разработкой, FLIR- систем, в частности, тепловизоров. Специалисты оценивают ожидаемые объемы потребления в этом секторе рынка на уровне 5-10 т в год в ближайшие 2-3- года с дальнейшим ростом.

В России в настоящее время несколько компаний занимаются производством CVD-ZnSe и изделий из него: R’AIN Optics (г.Нижний Новгород), ОАО «Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения ВНЦ «ГОИ им. С. И. Вавилова» (Ст.-Петербург, входит в концерн «Швабе»), ЗАО «Тидекс» (Санкт-Петербург), ООО «Германий и приложения», ООО «Электростекло», ООО «МакроОптика» (все - г. Москва).

Рынок селенида цинка в настоящее время переживает коррекцию после периода бурного роста. Представляется, что в средне- и долгосрочной перспективе мировой рынок селенида цинка возобновит свой рост.

Долгосрочные перспективы российских производителей селенида цинка усложнены тем, что малые объемы производства продукции и узкий рынок по сравнению с производителями из США, Китая и Европы ужесточают условия их работы и снижают их конкурентоспособность.

Детальный обзор рынка селенида цинка представлен авторами в публикации «Селенид цинка в современной опто- и фотоэлектронике (обзор)» в журнале Успехи прикладной физики, в 2019 году, том 7, № 4 (PACS: 85.60.Gz, 81.10.bk, 78.30.FS) .

Кульчицкий Н.А., Наумов А.В., Старцев В.В.