Большой успех большого диаметра
Специалисты ОКБ «АСТРОН» разработали инфракрасный (ИК) объектив большого диаметра. При этом встала задача получить монокристалл германия достаточно большого диаметра (около 200 мм) для изготовления входной линзы. К тому же, критически важной была проблема высокого структурного совершенства заготовки. Поэтому заготовки должны быть монокристаллическими, чтобы внутренние дефекты не ослабляли прохождения луча. Такие заготовки можно получить только методом Чохральского.
Нет нужды говорить о важности диаметра объективов в охранных тепловизорах. При малых диаметрах объектив не способен собрать от дальнего объекта необходимое количество ИК-излучения для реакции болометрического пикселя. От того, сколько лучей попадет от объекта на болометр, будет зависеть чувствительность всего тепловизора. Поэтому для применения микроболометров на длинных дистанциях требуется германиевая оптика большего размера. Германий, как известно, пропускает спектр излучения в диапазоне 2-16 мкм и имеет высокий коэффициент преломления, что позволяет получать высокую оптическую мощность ИК-приборов в диапазоне 8-12 мкм. В тепловизионных модулях применяются специально рассчитанные объективы для обнаружения людей и объектов в условиях плохой видимости на больших расстояниях. Опыт наших специалистов показывает, что современный уровень развития технологии выращивания методом Чохральского монокристаллов германия с высоким структурным совершенством позволяет получить необходимые линзы в промышленном масштабе.
Установка для выращивания монокристаллов оптического германия
Недавно нашим предприятием разработан ИК-объектив большого диаметра. Во весь рост встала задача выращивания кристаллов германия экстремально большого диаметра (около 200 мм). Поэтому заготовки должны быть монокристаллическими, чтобы внутренние дефекты не ослабляли прохождения луча. Такие заготовки можно получить только методом Чохральского.
Выращивание монокристаллов оптического германия
Получаемый этим методом монокристалл германия, как известно, на исходной затравке постепенно вытягивают из расплава. В расплаве температура понижается от периферии к центру — возникает радиальный градиент температуры, а за счет отвода тепла растущим монокристаллом — осевой градиент. Для выращивания монокристаллов с совершенной структурой и формой необходимо соблюдение очень жестких требований к симметрии теплового поля, постоянству температуры во времени и т. д. Это достигается, во-первых, устройством теплового узла установки для выращивания, во-вторых, выбором режимов выращивания монокристалла и тигля с расплавом и регулированием температуры нагревателей. Скорость роста в нашем случае лимитируется теплоотводом от фронта кристаллизации. Термические напряжения взывают пластическую деформацию в кристалле. Условия становятся особенно жесткими для германия, в котором большие перепады температур образуются особенно легко.
Монокристалл германия диаметром 200 мм (Лыткарино)
Величины осевых температурных градиентов в нашем случае особенно сильно зависят от интенсивности охлаждения выращиваемого кристалла – от интенсивности теплоотвода вдоль оси роста. При значительных и заметно анизотропных термических напряжениях дислокации располагаются в плоскостях скольжения и группируются в малоугловые границы (МУГ). При выпуклом в расплав фронте кристаллизации рост грани кристалла происходит чаще всего в результате разрастания одного двумерного зародыша, возникающего в наиболее холодной центральной части грани. При вогнутом в кристалл или плоском фронте кристаллизации рост грани может происходить от нескольких одновременно разрастающихся двумерных зародышей. Таким образом, источниками малоугловых границ являются все те же термические напряжения в кристалле и одновременный рост нескольких центров новой фазы. Плоской формы фронта кристаллизации нам удалось достичь уменьшением потерь тепла с поверхности выращиваемого кристалла, направляя тепло однородным потоком вдоль его длины. Практически это осуществляется с помощью оригинальной системы экранирования растущего кристалла.
Монокристалл-заготовка для линзы диаметром 200 мм (Лыткарино)
Большой практический опыт и глубокие научные знания наших специалистов позволили успешно решить данную задачу.
