Реферат: Выращивание пленок силленитов легированного Cr203 на подложках Bi12GeO20 и изучения их свойств - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Выращивание пленок силленитов легированного Cr203 на подложках Bi12GeO20 и изучения их свойств

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 3023 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

50 Оглавление 1 Введение. 3 2 Литературный обзор. 4 2.1 Соеди нения со структурой силленита. 4 2.1.1 Структура германата висмута. 4 2.2 Некоторые физические свойства силленитов. 6 2.3 Подготовка поверхности и выбор подложки к эпитаксии. 13 2 .3.1 Требования к материалу подложки. 13 2.3.2 Подготовка поверхности по дложки к эпитаксии. 14 2.4 Получение плёнок соединений со структурой силленита. 15 2.5 Возможность получения плёнок силленита на силлените. 18 2.6 Влияние легирования на свойства монокристаллов силленита. 19 2.6.1 Оптические свойства. 19 2.7 Выводы и з литературного обзора 22 3 Экспериментальная часть. 23 3.1 Цели и задачи работы 23 3.2 Характеристики исходных веществ. 23 3.3 Выбор материала тигля. 23 3.4 Оборудование. 24 3.5 Изготовление подложек из монокристаллов Bi 12 GeO 20 и подготовка поверхно сти подложек к эпитаксии. 25 3.6 Изготовление подложек из монокристаллов Bi 12 GeO 20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. 26 3.7 Нанесения эпитаксиального слоя. 26 3.8 Определение влияния температуры на толщину эпитаксиального слоя. 27 3.9 Выяв ление микроструктуры эпитаксиальных плёнок. 30 3.10 Результаты работы и выводы. 33 4 Экономическая часть . 34 4.1 Технико - экономическое обоснование проведения дипломной работы. 34 4.1.1 Оценка себестоимости лазерного элемента на основе монокристалли ческой пленки (по данным полученным в результате НИР ) 35 4.1.2 Лазерная установка на основе обьемных монокристаллов : 38 4.1.3 Лазерная установка на основе пленочных лазеров : 38 4.2 Расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы. 39 4.2.1 Расчет затрат на реактивы , сырье , материалы. 39 4.2.2 Расчет энергетических затрат. 39 4.2.3 Расчет заработной платы. 39 4.2.4 Накладные расходы. 40 4.2.5 Расчет амортизационных отчислений. 40 4.2.6 Смета затрат на проведение исследования. 41 5 Охран а труда. 42 5.1 Введение 42 5.1.1 Характеристика применяемых реактивов и препаратов. 42 5.1.2 Категорирование лабораторного помещения 43 5.1.3 Классификация по ПУЭ. 43 5.1.4 Меры электробезопасности. 43 5.1.5 Производственная санитария. 44 5.1.6 Вен тиляция. 44 5.1.7 Освещение. 44 5.1.8 Водоснабжение. 45 5.1.9 Режим личной безопасности. 45 6 Охрана окружающей среды от промышленных загрязнений. 46 6.1 ВВЕДЕНИЕ. 46 6.2 Экологическая характеристика темы работы. 46 6.3 Токсикологическая характерист ика сырья , реагентов , промежуточных и конечных продуктов. 47 6.4 Переработка и обезвреживание твердых отходов. 48 6.5 Переработка и обезвреживание жидких отходов. 48 6.6 Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы . 48 6.7 Укрупне нная оценка ущерба от загрязнения водоемов. 50 6.8 Выводы. 51 7 C писок литературы. 52 1 Введение. Современная оптоэлектроника решает задачи , связанные с исследованием процессов обработки , передачи , хранения , воспроизведения информации и конструировани ем соответствующих функциональных систем . К числу важнейших элементов таких систем относятся оптические модуляторы , дефлекторы , дисплеи , элементы долговременной и оперативной памяти и др. В оптических информационных системах перечисленные процессы реализую тся путём взаимодействия световых пучков со средой . Это взаимодействие осуществляется с помощью соответствующих материалов , обладающих свойствами которые могут изменятся под воздействием света , механического воздействия , а так же под действием электричес к ого и магнитного полей. В настоящее время значительная часть радиоэлектронных приборов конструируется на основе монокристаллических элементов с определённой совокупностью физических свойств . Сложные кислородные соединения Bi силленитов типа (mBi 2 O 3 nMe x O y ) вызывают большой интерес , являясь пьезоэлектриками , обладают электрооптическими и магнитооптическими свойствами , что в сочетании с фотопроводимостью выдвигает их в число перспективных материалов для создания электро - и магни тооптических модуляторов лазерного излучения , запоминающих устройств типа ПРОМ и т.д. Наибольшую известность среди соединений этого класса приобрели силикаты и германаты висмута для которых разработана технология выращивания крупных монокристаллов и доста точно полно изучены физико-химические свойства и структура. В последнее время вопросы создания оптоэлектронных элементов методами интегральной технологии становятся всё более насущными . В связи с вышеуказанными преимуществами силленитов в последние годы пр оводилось много исследований плёнок со структурой силленита , в которых отмечалась перспективность их использования в оптоэлектронике и пьезотехнике. В связи с заметным влиянием природы структурообразующего иона на свойства позволяющем расширить области пр именения , а точнее замена р-элементов (Ge, [ ] ns 2 np 2 ) в Bi 12 Э O 20 ионами переходных металлов , имеющих неспаренные 3 d n - электроны приобретаются новые свойства (изменения окраски , расширение области пропускания в длинноволновой части спектра ) Данная работа п освящена выращиванию плёнок силленитов (в частности Bi 12 GeO 20 легированного Cr 2 O 3 ) на подложках Bi 12 GeO 20 и изучению некоторых их свойств. 2 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. 2.1 Соединения со структурой силленита. Кристаллы со структурой силленита относятся к пент агонтритетраэдрическому классу I 23 кубической сингонии и принадлежит к пространственной группе T 3 (I23) 1,2 . Sillen обнаружил , что при взаимодействия Bi 2 O 3 с оксидами Si, Ge, Al, Fe, Zn, Pb и др., образуется объёмоцентрированная кубическая фаза 3,4 с элементарной ячейкой содержащей две формульные единицы. Позднее более тщательные исследования 5 показали , что соединения со структурой силленита образуются при взаимодействии -Bi 2 O 3 с оксидами элементов , способных иметь четверную координацию по кислороду . Параметр элементарной ячейки объёмоцентрированн ой кубической -Bi 2 O 3 а =10,245 0,001 Е , а измеренная гидростатическая плотность составляет 9,239 г / см 3 1 . 2.1.1 Структура германата висмута. Атомы кислорода О (3) расположены на главных диагоналях элементарной ячейки вокруг Ge, образуя правильный тетраэдр , на что было обращено внимание в работах 6 - 8 (рис . 1.1.1.). На одинаков ом расстоянии от каждого атома кислорода О (3) (2,640 Е ) расположены три атома висмута . В i . В кристаллах Bi 12 GeO 20 атомы кислорода связаны с атомами висмута и германия ионно - ковалентными связями из-за значительно большей электроотрицательности атома кис лорода . Каждый атом висмута окружен семью атомами кислорода , расположенными на разных расстояниях от него и представляющих собой искажённый полиэдр (рис . 1.1.2.). Рис . 1.1.1. Расположение тетраэдров GeO 4 в элементарной ячейке германосилленита 2 . Рис .1.1.2. Строение полиэдра [BiO 7 ]. По мнению 6 ион висмута образует пять ионно – ковалентных связей с ионами кислорода (O (2) , O (3) , O (1a) , O (1b) , O (1c) ), которые принадлежат одной с ним примитивной ячейке , и смещён на 0,197 Е по отношению к центру плоскости , образованной четырьмя атомами кислорода . Два других атома кислорода (О (1d) и О (1e) ) принадлежат соседним примитивным ячейкам и удалены на расстояние 3,08 и 3,17 Е , что вызвало сомнения в отношении характера связи . Каждый BiO 7 окружён девятью подобными комплексами , расположенными таким образом , что образуются винтовые оси 6 . Модель элементарной ячейки Bi 12 GeO 20 была пред ложена в работе 2 . Эта модель помогла рассмотреть свойства этих соединений с точки зрения их кристаллической структуры . 2.2 Некоторые физические свойства силленитов. Монокристаллы со структуро й силленита , в основном , удовлетворяют требованиям , предъявляемым к электрооптическим и магнитным кристаллам : - Высокие прочностные характеристики ; - Достаточная твёрдость ; - Нерастворимость в воде ; - Негигроскопичность ; - Хорошие диэлектрические хара ктеристики в сильных полях. Кроме того , они принадлежат к кубической сингонии 9-12 . Диаграмы состояний приведены на рис .1.2.1. и 1.2.2.. Свойства Таблица 1.2.2. Примеры использования кристаллов силленитов в различных приборах и свойства , благодаря которым возможно это использование. 1. Электрооптические модуляторы света (на пример , для модуляции лазерного излучения ) Большое значение электрооптический коэффициент х 10 8 Упругооптический коэффициент высокий показатель преломления Низкое управляющее напряжение , U /2 , кВ специфич . Требования , выделяющ ие силлениты в ряде др . кристаллов (ниобаты , КДР ) Bi 12 GeO 20 (BGO): r 41 =11 [ 15 ] Bi 12 SiO 20 (BSO): r 41 =10 [16] КДР (KH 2 PO 4 ): r 41 =26 [17] 0.115 [18] 0.130 [18] 0.251 [17] 2.65 [ 18 ] 2.55 [16] 12 [17] 21 [16] 75 [17] * высокие прочностные характеристики * достаточная для практ . целей твердость (у BGO-370 430 г /мм 2 [18]) * нерастворимость в воде * негигроскопичность * прозрачность в широ-ком диапазоне длин волн (у BGO-0,45 8,2 мкм [18]) * пр инадлежность к кубич . Сингонии (в случаях , когда важна оптич . Изотропность крист . В отсутствие эл . поля ) 2. Акустические приборы (линии задержки на поверхностных волнах с большим временем задержки ) Низкая скорость распространения звук . Волн у BGO: скорость продольной волны : 3420 м /сек (в направ-лении (100)), поперечной - 1770 м /сек [ 19 ] Отмечено слабое затухание упругих волн в BGO [20], т.е . малые потери энергии , что позво-ляет создать малогабаритные линии задержки на поверхностных волнах с большим временем задержки 3. Запоминающие устройства ПВМС (или фотосопротивление с электропроводностью 10 -10 - 10 -14 Ом -1 см -1 (у Bi 12 GeO 20 [10]) Фотопроводимость ѕ увеличение отмечено у Bi 12 TiO 20 при легировании V (до 0,1 вес .%) [ 21 ], но одно временно увеличивается и темновая проводимость ; ѕ увеличение фотопроводимости без увеличения темновой проводимости отмечено у Bi 12 TiO 20 при легировании Zn (0,009 масс .%) Электрические свойства - для записи необходима большая подвижность носителей заряда , для длительного хранения - малая Кристаллы силленитов обладают оптической активностью , что несколько усложняет конструкцию модуляторов света на этих кристаллах . Предполагают 22 , что оптическая активность может быть обусловлена винтовыми осями или асимметричной координационной сферой висмута . Измерение оптической активности проводилось различными исследователями . По данным 23-26 , диспер сия оптической активности для Bi 12 GeO 20 имеет монотонную зависимость , а по другим данным 9,27 - проходит через максимум в районе 500 нм . Для титаната висмута дисперсия оптической активности имеет монотонную зависимость 28 . По данным работы 29 кристаллы германосилленита прозрачны от 0,41 до 7 мкм ., кристаллы силиката висмута от 0, 5 до 6 мкм ., а кристаллы титаната висмута от 0,35 до 8,2 мкм.. По мнению авторов 11 все силлениты обладают положительным фарадеевским вращением и эффект имеет одинаковую величину . Однако , установл ено 23 , что Bi 12 SiO 20 и Bi 12 GeO 20 обладают значительным магнитооптическим вращением плоскости поляризации , достигающим величины 0,3 0,5 мин / э см в видимой области , что позволяет использовать их в качестве магнитооптических модуляторов Силлениты нецентросимметричны и обладают таким важным свойством , как наличие электрооптического эффекта 9,25 . Это явление называется эффектом Поккельса и имеет место только в пьезокристаллах 29 . Монокристаллы силленитов обладают фотопроводимостью 27 . Лензо 30 обнаружил у силленитов (Gt, Si, Ti) эффект , названный фотоактивностью . Если осветить кристалл , то в его освещённой области будут генерироваться свободные электроны , д ырки или пары е-дырка . Под влиянием внешнего поля эти носители будут смещаться , образуя область высокого электрического поля . В этой области наблюдали сильное вращение плоскости поляризации. В настоящее время большой интерес вызывают акустические свойства силленитов . По данным Лензо 10-12 , кристаллы Bi 12 GeO 20 обладают хорошими акустическими свойствами . Низкая скорость распространения звуковых волн ( 3,42 км. / сек. параллельно 100 ) 12 , позволяет использовать относительно короткие кристаллы для получения высокой величины задержки ультразвука . Таблица 1.2.1 . Силленит Рентгеновская плотность , г / см 3 Направление распространения звуковой волн ы Скорость распространения звуковой волны , км / сек Литература Bi 12 GeO 20 9,23 II0 продольная 3,42 31 ,32 Bi 12 GeO 20 9,23 II0 поперечная 1,77 31,33 Bi 12 TiO 20 9,1 II0 поперечная 1,72 34 Bi 40 Ga 2 O 63 9,26 II0 поперечная 1,61 34 Bi 40 Fe 2 O 63 9,32 II0 поперечная 1,61 34 Bi 12 SiO 20 9,14 II0 поперечная 3,83 31 В германосиллените наблюдалась генерация поперечных звуковых волн , возбуждаемых световым пятном от лазерного импульса с пространственно модулированным распределением интенсивности . Эксперимент ставился в условиях , когда нормально к поверхности кр исталла приложено достаточно сильное внешнее электрическое поле (до 5 кВ /см ). Звуковые волны принимались торцевым преобразователем на частотах от 20МГц до 70МГц . Поверхностные волны при выбранной конфигурации системы не возбуждались . Картина явления выгля д ела следующим образом . В момент освещения возникал мгновенный фотоакустический отклик . При повторной засветке , но уже пространственно однородным импульсом света , вновь возникал акустический сигнал , который фиксировал то обстоятельство , что в образце сохра н илась память о предыдущем воздействии . Время памяти достигало нескольких минут . Главной особенностью исследованного явления оказалось наличие эффекта фотоакустической памяти при обеих полярностях внешнего поля . Для поверхностных же волн сигнал фотоакустич е ской памяти наблюдался лишь при одном направлении внешнего поля . Полученные результаты доказывают , что существуют разные механизмы фотоакустической памяти . Исследование их может оказать серьезную помощь в понимании самой природы фоторефрактивных явлений . Дело в том , что для понимания основных механизмов фоторефрактивных явлений многие принципиальные вопросы совершенно не решены . Сюда относятся такие вопросы как характер процессов , происходящих в реальных кристаллах с несколькими типами примесных уровней, динамика фоторефрактивной решетки при импульсной засветке . Для их решения может оказаться полезным изученное явление . Эксперимент выполнялся на поверхностных волнах с частотой 16 МГц , которые отражались от созданной импульсом света фоторефрактивной решетк и с вдвое меньшим пространственным периодом , чем период звуковой волны . Сдвиг времени между световым и звуковым импульсами регулировался , так что имелась возможность наблюдать изменение отражательной способности решетки во времени . Эксперимент зафиксировал очень высокую эффективность изучаемого феномена . Были сняты зависимость отраженного сигнала от временной задержки и от световой экспозиции . Как показали расчеты , максимум отражения наступает при такой проводимости , когда произведение максвелловского време н и релаксации на круговую частоту звуковой волны примерно равно единице . Т.е . при сильной засветке отраженный сигнал вначале нарастает во времени , а затем начинает спадать. Все это при некоторых упрощениях характеризуется временем релаксации фотопроводи мости . Особо подчеркнем следующее обстоятельство . В стандартных работах по фоторефрактивным явлениям результаты наблюдений определяются величиной наведенного электрического поля . В приведенном же эксперименте вклад наведенного поля пренебрежимо мал . Велич и на отраженного сигнала определяется распределением по кристаллу свободных носителей . Таким образом , исследование акустических явлений открывает совершенно новые возможности для изучения фоторефракции , открывает путь для получения важной информации о повед е нии свободных электронов . Анализ экспериментов позволил , в частности , определить величину произведения коэффициента поглощения света на квантовую эффективность фотовозбуждения . На основании анализа данных по электронной структуре номинально нелегированны х кристаллов силленитов , а также результатов исследования в них поверхностно-барьерной фотоэдс сделан однозначный вывод о монополярном (электронном ) характере фотопроводимости этих материалов в сине-зеленой области спектра . Новые механизмы взаимодействия а к устических волн со средой в современных материалах и слоистых структурах , созданных на их основе . [35] Кристаллы со структурой силленита , выращенные в бескислородной (аргоновой ) атмосфере , исследовались методом нестационарной фотоэдс . Обнаружено резкое (бо лее чем на два порядка величины ) повышение фотопроводимости на красном свете по сравеннию с кристаллами , выращенными в присутствии кислорода . Возможно применение подобных кристаллов в интерферометрических устройствах. Кристаллы со структурой силленита обла дают сложной системой энергетических уровней [I], которая зависит от многих факторов ; в частности , свойства кристаллов можно изменить путем слабого допирования различными элементами . В данной работе исследовались образцы кристаллов силиката и титаната вис м ута (Bi 12 SiO 20 и Bi 12 TiO 20 ), выращенные в атмосфере аргона. /2 , kHz Рис . 2. Частотные зависимости приведенной величины сигнала фотоэдс для обоих исследуемых образцов при разных значениях пространственной частоты . Сплошными линиями показаны теоретические зависимости , рассчитанные при q = 3.52 и 2.75 для BSO-a и q = 3.2 и 2.3 для ВТО-а (величина q растет с ростом К ). На рис . 2 пред ставлены зависимости J' от частоты , измеренные на образцах BSO-a и ВТО-а при двух разных значениях К . Сплошными линиями показаны теоретические зависимости , причем значения m , определялись непоср едственно из измерений , а величина q использовалась как подгоночный параметр для наилучшего соответствия теоретических кривых с экспериментальными. Ранее наблюдалось резкое повышение фототока в силленитах , отожженных в вакууме , именно в красной области спе ктра [I]. Объяснялось это компенсацией ловушек донорными центрами , связанными с возникающими при отжиге кислородными вакансиями . Результаты работы подтверждают этот вывод , а также впервые дают количественную оценку свойств фотоносителей в силленитах , нест е хиометричных по кислороду . Подобные кристаллы могут с успехом использоваться в адаптивных интерферометрах , основанных на эффекте нестационарной фотоэдс. [36] 2.3 Подготовка поверхности и выбор подложки к эпитаксии. 2.3.1 Требования к материалу подложки. Жидкостная эпитаксия отличается от других способов кристаллизации из расплава наличием монокристаллической подложки , на которую кристаллизуется осаждаемое вещество . Поэтому процесс жидкостной эпитаксии и свойства эпитаксиального слоя в значительной степе ни определяются свойствами подложки . В первый момент после начала кристаллизации процесс жидкостной эпитаксии определяется характером фазового равновесия на границе подложка – расплав и кинетикой поверхностной реакции осаждения атомов кристаллизующегося м а териала . Подложка оказывает непосредственное влияние только на первый слой толщиной порядка нескольких постоянных решётки кристаллизуемого материала . Дальнейший рост происходит на эпитаксиальном слое , однако , часть параметров подложки определяет свойства всего эпитаксиального слоя (например , ориентация подложки , поскольку она сохраняется и у растущего слоя 37 ). Основными требованиями к материалу подложки являются : - Более высокая температура пла вления подложки по отношению к кристаллизуемому материалу ; - Однотипность кристаллохимической структуры подложки и эпитаксиального слоя ; - Максимальная близость параметров их решёток ; - Коэффициент термического расширения подложки должен соответствовать коэффициенту термического расширения плёнки для уменьшения напряжений на плёнке , возникающих в случае их несоответствия. - Стойкость подложки к термоударам предотвратит её дробление при внезапных термоударах 37 . - Подложки должны быть инертны к реактивам , применяемым при подготовке пластин к эпитаксии. Невыполнение этих требований , по мнению авторов 37 , затрудняет получение высококачест венных эпитаксиальных плёнок. 2.3.2 Подготовка поверхности подложки к эпитаксии. Чистота поверхности подложки является решающим фактором для выращивания и адгезии плёнок . Хорошо очищенная подложка является необходимым предварительным условием для полу чения плёнок с воспроизводимыми свойства . Как считают авторы 38 , выбор метода очистки зависит от природы подложки , типа загрязнений и степени требуемой чистоты обработки . Остающиеся после изготовл ения и упаковки волокна , отпечатки пальцев , масло и частицы , осаждённые из воздуха , являются примерами часто встречающихся загрязнений . Следовательно , изготовители тонких плёнок должны обращать внимание на необходимость распознавания загрязнений и эффекти в ного их удаления . Эти вопросы , как правило , находят решение с обычными эмпирическими приближениями. Процесс очистки подложки , по мнению 38 , требует , чтобы были разорваны связи как между молекулами самой примеси , так и между молекулами этой примеси и подложки . Это может быть достигнуто не только химическими средствами , например , очисткой растворителем , но и приложением достаточной энергии для испарения примеси , например , нагревом или ионной бомб а рдировкой . Осуществление методов физической очистки обычно сопровождается установкой оборудования для нагрева подложек или бомбардировки ионами. Реагентами , используемыми для очистки подложек , служат водные растворы кислот и щелочей , а так же такие органи ческие растворители , как спирты , кетоны и хлористые углеводороды . Эффект очистки кислотами обусловлен превращением некоторых окислов и жиров в растворимые в воде соединения . Щелочные агенты растворяют жиры омыливанием , что делает их смачиваемыми в воде 39 . Для повышения скорости и эффективности удаления загрязнения обычно применяется нагрев или звуковое возбуждения растворителя . Очистка горячим растворителем чаще всего осуществляется обезжириванием паром , т.е . подложка помещается над кипящей жидкостью в закрытом контейнере . Восходящий пар растворителя конденсируется на очищаемом объекте , нагревая его и увеличивая скорость растворения поверхностных загрязнений 40 . В то время как отработанный раствор стекает обратно в ванну , свежий и чистый дистиллят повторяет процесс. При ультразвуковой очистке растворение осадка увеличивается интенсивным локальным перемешиванием с помощью ударных волн , созд аваемых в растворителе 40 . Таким образом , растворитель , насыщенный примесями , непрерывно удаляется с поверхности подложки и на смену ему поступает свежая , менее насыщенная жидкость . Параметрами, определяющими эффективность ультразвуковой очистки , являются : - частота колебаний ; - приложенная мощность ; - тип растворителя ; - температура растворителя ; - поверхностное натяжение растворителя ; - вязкость растворителя ; - наличия ядрообразующих веществ ; - наличия растворённых газов ; Сушка отмытых пластин является столь же критичной , поскольку при отсутствии специальных предосторожностей может произойти повторное загрязнение . Сушка может происходить в паровом очистителе , чистой печи , с помощью го рячего фильтрованного воздуха или азота . Для хранения подложек могут использоваться обезпыленные контейнеры с крышкой или эксикаторы. Описанный метод наиболее применим для монокристаллических подложек , используемых при гетероэпитаксиальном наращивании плё нок. Сравнение очистки парами ряда растворителей и ультразвуковой очистки в изопропиловом спирте было проведено Putner 41 . Хотя очисткой в парах изопропилового спирта он и получил самые чистые по верхности , всё же ультразвуковое низкочастотное возбуждение оказалось наиболее эффективным для удаления таких крупных загрязнений , как частицы различных материалов и отпечатки пальцев . Обсуждая эти результаты , Holland 42 предположил , что решающим фактором является более высокая температура растворителя и подложки , достигаемая при очистке в парах. Были подобраны специальные составы для полирующего травления силленитовых подложек 43 : конц . HCl : глицерин = 10 : 1. 2.4 Получение плёнок соединений со структурой силленита. Термин " эпитаксия " происходит от греческих слов "эпи " и "такси ", имеющих значения "над " и "упорядочение ". Технологиче ский процесс эпитаксии заключается в выращивании на монокристаллической подложке слоев атомов , упорядоченных в монокристаллическую структуру , полностью повторяющую ориентацию подложки . Существует три вида эпитаксии : газовая , жидкостная и молекулярно-луч евая . Термин "эпитаксия " применяют к процессам выращивания тонких монокристаллических слоев на монокристаллических подложках . Материал подложки в этом процессе выполняет роль затравочного кристалла . Если материалы получаемого слоя и подложки идентичны , на пример , кремний выращивают на кремнии , то процесс называют автоэпитаксиальным или гомоэпитаксиальным . Если же материалы слоя и подложки различаются (хотя их кристаллическая структура должна быть сходной для обеспечения роста монокристаллического слоя ), то процесс называют гетероэпитаксиальным. Перспективность использования силленитов для изготовления разнообразных тонкоплёночных устройств , применяемых для интегральных оптических схем , отмечена Ballman A.A. и Tien P.K. 44 . Для получения плёнок силленитов использовались разнообразные методы : - Выращивание из газовой фазы 45 , - ВЧ – распыление 46 , - Из жидкой фазы 47 , - Методы термического испарения 48 . При осаждении Bi 12 GeO 20 с использованием паров Bi и GeCl 4 был использован сложный окислитель (N 2 O+H 2 O). Осадки Bi 12 GeO 20 на Bi 12 GeO 20 , сапфире , шпинели , кварце , MgO были поликристаллическими . Соединения , которые могут быть выращены , имеют ряд составов : Bi 12+y Ge x O 20 в которых х может изменятся в пределах от Ѕ до 1. [45] При выращивании Bi 12 GeO 20 из газовой фазы при температуре реакционной зоны 860 С наблюдалась реакция между осадком , подложкой и частями кварцевой трубы . . [45] В работах 48,49 для получения плёнок использовались различные виды термического испарения исходного соединения с последующей конденсацией на подогреваемых подложках из стекла , скола 001 NaCl, слюды . В качестве исходных материалов брали стехиометрическ ие составы Bi 12 Э O 20 , где Э – Si, Ge. Не зависимо от метода испарения , полученные конденсаты являлись силленитами , на что указывал расчёт рентгенограмм. При получении плёнок методом ВЧ – распыления 46 большое значение придавалось температуре подложек . Наиболее совершенная структура получена при температуре 500 – 550 С на кварце . При более низких температурах получаемые слои были аморфны. В работе 46 предпринимались попытки получить соединение со структурой силленита методом “взрывного” испарения . Тонкие конденсаты , полученные стекле , сколе слюды , пластинках из нержавеющей стали , изучались на электрон ном микроскопе ЭММ – 2. При напылении плёнок на холодные подложки (t п. = 20 С ) происходило образование аморфных слоёв . При конденсации плёнок на подложки , температура которых превышала 400 С , об разовывался поликристаллический слой германосилленита. Для получения оптически высококачественных монокристаллических плёнок ряда силленитов был применён метод гетероэпитаксиального наращивания из жидкой фазы 47 , причём подложкой в данном случае служило одно из соединений со структурой силленита , которое обладало большим показателем преломления и более высокой температурой плавления . Например , плёнки 12Bi 2 O 3 Ga 2 O 3 на Bi 12 GeO 20 . Объясняя механизм роста плёнки , Ю.М . Смирнов и А.Д . Шуклов 50 рассматривают его как последовательный процесс , состоящий из ряда стадий : - Образование кластеров в расплаве ; - Диффузия кластеров к поверхности роста ; - Осаждение кластера на поверхности (образование зародыша ); - Поверхностная диффузия ; - Рост плёнки. Образование кластера , как отмечают 51 , определяется максимал ьной величиной энергетического барьера и будет лимитирующей стадией в процессе осаждения плёнки . Основной вклад на этой стадии существования расплава принадлежит температуре . Температура расплава , а точнее , его переохлаждение , будет оказывать определяющее влияние и на вторую стадию процесса – диффузию кластеров к поверхности роста . Однако , влияние переохлаждения на первую и вторую стадии образования плёнки различно : увеличение переохлаждения способствует образованию кластеров в расплаве и одновременно , уме н ьшает диффузию кластеров к фронту кристаллизации . Поэтому при получении эпитаксиальных плёнок важно установить температурные условия и кинетику осаждения плёнки . Основной выбора оптимальных технологических условий получения эпитаксиальных плёнок являются ф азовые равновесия в соответствующих системах. Для описание роста плёнок авторы 50 предлагают уравнение , описывающее кривую Таммана : = , где А – постоянная величина ; Т Е – равновесная температура фазового перехода ; W 1 – энергетический барьер стадии образования , равный ; W d - энергетический барьер стадии диффузии ; W 3 - энергетический барьер стадии осаждения кластеров , равный k 1 – константа скорости стадии образования ; k 2 – константа скорости стадии осаждения кластеров. Так как химические и физические свойства силленитов зависят от структурообразующих ионов (Si, Ge, Fe, Ga и т . д .) и от содержания этих ионов , то частичная или полная замена их , даёт возможность безошибочно изменять показатель преломления плёнки в достаточно широком интервале. 2.5 Возможность получения плёнок силленита на силлените. Будущие высокоёмкие системы оптической связи , к ак считают A.A. Ballman и P.K. Tien 44 , будут состоять из различных пассивных и активных интегральных оптических устройств , функция которых – проводить и манипулировать световыми волнами , несущим и информацию . Со времени публикации 44 проводились интенсивные исследования различных тонкоплёночных светодиодов и , связанных с ними , оптических устройств . Работа в этой области 44 выявила , что окончательный успех предлагаемых оптических систем , в основном , зависит от разработки тонкоплёночных материалов , имеющих приемлемые свойства для применения в системах оптической передачи информации. Авторами работы 52 было обнаружено , что монокристаллические тонкоплёночные материалы подходят для интегральных оптических устройств , так как они имеют малые потери для проводящих волн , относитель но просты и недороги в изготовлении. Авторы 44 обнаружили новый обещающий класс монокристаллических материалов , идеально подходящий для использования как в пассивных , так и в активных тонкоплёночн ых светопроводящих оптических устройствах . Светопроводящие устройство 44 состоит из тонкой плёнки прозрачного силленитового материала на основе оксидов висмута , образованной на подложке так же пр озрачного силленитового материала на основе оксидов висмута с более низким показателем преломления , чем у плёнки. Как было показано ранее (глава 1.2.) семейство силленитов включает множество соединений Bi 2 O 3 с оксидами GeO 2 , SiO 2 , TiO 2 , ZnO, Ca 2 O 3 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , B 2 O 3 , P 2 0 5 и т.д.… Частичная или полная замена различных ионов силленитов позволяет изменять показатель преломления как плёнки , так и подложки в относительно широком диапазоне . Монокристаллические силленитовые плёнки совершенно прозрачны в видимом и ИК – спектре , обладают низкими потерями на рассеивание и поглощение световых волн. Кроме того , было обнаружено 44 , что силлениты обладают эффектом Фарадея , являются пьезоэлектриками , оптически активными , оптически нелинейными и фотопроводящими материалами. Использование Bi 12 GeO 20 в качестве подложки в процессе гетероэпитаксиального получения плёнок силленитов очевидно в связи с тем , что германосилленит имеет наивысшую точку плавления из всех со единений силленитов , приведённых в таблице 1.5.1. Подложка , таким образом может быть погружена во все соединения , чьи температуры плавления ниже . Близкое согласование параметров решётки и коэффициента теплового расширения так же дают возможность получить в ысококачественные эпитаксиальные слои . Соединения приведённые в таблице 1.5.1. удовлетворяют этим требованиям в вариантах , где в качестве подложки использовался германосилленит . Таблица 1.5.1. 44 Состав Соотношение Параметр решётки , Е Температура плавления , С Bi 2 O 3 – Bi 2 O 3 12:1 10,12 700 Bi 2 O 3 – SiO 2 6:1 10,10 900 Bi 2 O 3 – GeO 2 6:1 10,14 935 Bi 2 O 3 – TiO 2 6:1 10,17 930 Bi 2 O 3 – Ga 2 O 3 12:1 10,17 825 Bi 2 O 3 – Al 2 O 3 12:1 10,16 930 Bi 2 O 3 – Fe 2 O 3 19:1 10,18 825 Bi 2 O 3 – ZnO 6:1 10,20 800 Bi 2 O 3 – P 2 O 5 12:1 10,16 900 2.6 Влияние легирования на свойства монокристаллов силленита. 2.6.1 Оптические свойства. Перспективность материалов со структурой силленита в знач ительной степени объясняются электрооптическими свойствами этих кристаллов , то есть сравнительно малой величиной полуволнового напряжения , а также значительными продольными и поперечными электрооптическими эффектами. Известно , 53 что легирование Al, Ga, Sr значительно изменяет спектральную зависимость оптического поглощения и диэлектрические свойства монокристаллов . В работе Копылова с сотрудниками 54 исследовано влияние легирования монокристаллов Bi 12 SiO 20 элементами II и III групп на величину и спектральную зависимость U . В пространственно-в ременных модуляторах света типа ПРОМ важно иметь не слишком тонкий слой материала , поскольку к нему прилагается сильное электрическое поле . Коэффициент поглощения определяет максимально допустимую рабочую длину устройства , использующего данный материал. 55 Снижение коэффициента поглощения в области 400-600 нм обеспечивается введением в B 12 GeO 20 0,1 масс % Al 2 O 3 (рис . 1.6.1.) Рис .1.6.1. Зависимость полуволнового напряжения U от длины волны для легированного силликосилленита : I. Bi 12 SiO 20 ; II. Bi 12 SiO 20 – Al; III. Bi 12 SiO 20 – Ga; IV. Bi 12 SiO 20 – Ca; V. Bi 12 SiO 20 – Sr; VI. Bi 12 GeO 20 . Такое легирование даёт возможность увеличения максимальной допустимой рабочей длины от 160 мкм для Bi 12 GeO 20 до 3,2 мм для Bi 12 GeO 20 – 0,1 масс . % Al 2 O 3 (при работе на длине волны 420 нм ), а при записи голограмм на = 514,5 нм она составит уже 10 мм 55 . Фотопроводность определяет возможность использования силленитов в устройствах записи оптической информации – пространственно-временных модуляторах света (ПВМС ). Увеличение фоточувствительности за счёт ле гирования кристалла позволяет увеличить чувствительность таких устройств , если оно не вызывает увеличения темновой проводимости , уменьшающей время хранения записанной информации . Однако , в электрооптических лампах , управляемых электронным лучом 56 благоприятным условием использования силленитов является подавление фотопроводимости . Рис .1.6.2. Спектр фоточувствительности кристаллов 57 . 1 – Bi 12 SiO 20 2 - Bi 12 SiO 20 – Mn (0,15 масс . % в шихте ) 3 - Bi 12 SiO 20 – Cr (0,10 масс . % в шихте ) Значительное уменьшение фотопроводимости отмечено у Bi 12 SiO 20 при легировании Cr и Mn [57](рис . 1.6.2.), Al и Ga (до 0,5 вес . % в расплаве ) [58]; у Bi 12 GeO 20 – пр и легировании Ca и Ga [56]. 2.7 Выводы из литературного обзора. Сложные кислородные соединения Bi силленитов типа (mBi 2 O 3 nMe x O y ) вызывают большой интерес , являясь пьезоэлектриками , обладают электрооптическими и магнитооптиче скими свойствами , что в сочетании с фотопроводимостью выдвигает их в число перспективных материалов для создания электро - и магнитооптических модуляторов лазерного излучения , запоминающих устройств типа ПРОМ и т.д. Замена р-элементов (Ge, [ ] ns 2 np 2 ) в Bi 12 Э O 20 ионами переходных металлов , имеющих неспаренные 3 d n - электроны , позволяет получить новые свойства (изменения окраски , расширение области пропускания в длинноволновой части спектра ). Чистота поверхности подложки является решающим фактором для выращи вания и адгезии плёнок . Хорошо очищенная подложка является необходимым предварительным условием для получения плёнок с воспроизводимыми свойства . Будущие высокоёмкие системы оптической связи , как считают A.A. Ballman и P.K. Tien 44 , будут состоять из различных пассивных и активных интегральных оптических устройств , функция которых – проводить и манипулировать световыми волнами , несущими информацию . Работа в этой области 44 выявила , что окончательный успех предлагаемых оптических систем , в основном , зависит от разработки тонкоплёночных материалов , имеющих приемлемые свойства для применения в системах оптической передачи информации . Светоп роводящие устройство состоит из тонкой плёнки прозрачного силленитового материала на основе оксидов висмута , образованной на подложке так же прозрачного силленитового материала на основе оксидов висмута с более низким показателем преломления , чем у плёнки. Таким образом необходимо нахождения условий получения плёнок заданной толщины твёрдого раствора Bi 12 GeO 20 : 6 мольн . % Cr 4+ со структурой силленита на германосилленитовой подложке методом жидкофазной эпитаксии. 3 Экспериментальная часть. 3.1 Цели и за дачи работы. Целью данной дипломной работы являлось получение плёнок заданной толщины твёрдого раствора Bi 12 GeO 20 : 6 мольн . % Cr 4+ со структурой силленита на германосилленитовой подложке методом жидкофазной эпитаксии. Для достижения данной цели необходим о выполнить следующие задачи : 1. Подбор ориентации подложки, 2. Выбор оптимальгой температуры эпитаксии, 3. Определение зависимости толщины пленки от времени выдержки подложки в расплаве. 3.2 Характеристики исходных веществ. Вещества Категории Технич еские условия Содержание основного вещества , % Bi 2 O 3 ОСЧ 13-3 ТУ 6-09-1853-72 99,99 GeO 2 ОСЧ 2-14 ТУ 6-09-1418-76 99,99 Cr 2 O 3 “ХЧ” HCl “ХЧ” ГОСТ 3118-67 35,0 – 38,0 CCl 4 “ОСЧ” ГОСТ 20288-77 Ацетон “Ч” ТУ 9-271-68 Глицерин “ХЧ” ТУ 9-271-68 3.3 Выбор материала тигля. При выращивании монокристаллов силленитов в качестве материала тигля используется платина . Хотя температура плавления германосилленита 930 С , применять керамические , кварцевые , а также тигли из неблаг ородных металлов нельзя из-за высокой химической активности расплава Bi 2 O 3 . 3.4 Оборудование. В ходе работы использовалось следующее оборудование : 1) Установка для роста кристаллов по Чохральскому. В качестве нагревательного элемента использовалась нихромовая спираль (R = 2,1 Ом ). Максимальная мощность печи – 2,142 кВт. Максимальная температура – 1250 С. Внутреннее устройство печи приведено на рис . 2.4.1. Электрическая часть установки питается от сети переменного тока ( напряжение 220 В , 50 Гц ). Управление и контроль производится с помощью системы высокоточного регулирования температуры ВРТ -2. Система построена по принципу обратной связи по температуре . Напряжение на нагреватель подаётся с блока тиристоров БТ . Сигнал с т е рмопары , расположенной в непосредственной близости от нагревателя , поступает на задатчик И -102, где сравнивается с заданным набором температуры . Сигнал разбаланса , полученный в результате сравнения , поступает на регулятор Р -111, где формируется заданный з а кон регулирования (в данном случае ПИ-регулирование ) печью сопротивления . Сигнал с регулятора (0 5 А ) поступает на блок управления тиристоров БУТ , который регулирует выходной сигнал с блока тири сторов БТ , подавая на них изменяющееся по величине , запирающее напряжение . Вытягивающий механизм конструкции ИКАНа. Скорость вытягивания 3, 6, 12 мм /час. Скорость вращения штока 47 об /мин. 2) Для синтеза шихты и отжига полученных кристаллов использо вали муфельную печь ПМ -8. Технические данные печи : Мощность нагревателя — 2,4 кВт Напряжение сети — 220 В Максимальная рабочая температура — 1100 С 3.5 Изготовление подложек из монокристаллов Bi 12 GeO 20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. Для изготовления подложек , монокристаллы германосилленита распиливали алмазным диском с наружной режущей кромкой перпендикулярно оси роста кристалла на пластины толщиной 1 1,5 мм. Далее пластины наклеивали пиццеином на металлическую планшайбу и шлифовали с применением алмазной шлифовальной пасты “М”. После того как пластины были отшлифованы , планшайбу с наклеенными на неё подложками тщательно мыли для удаления с неё остатк ов шлифовальной пасты . Затем планшайбу помещали на полировочный круг и пластины полировались до зеркального блеска . Для полировки применялась полировальная паста “М” . После окончания механической полировки проводили химическую смесью глицерина и соляной к и слоты в пропорции 10 : 1, соответственно . Химическую полировку проводили в несколько приемов по 10 с . с контролем качества поверхности на микроскопе МИИ -4. После шлифовки и полировки из пластин вырезались пластины размеров , которые прикреплялись к корундов ому стержню тонкой платиновой проволокой. Для очистки от жировых загрязнений , подложки погружались в четырёххлористый углерод и кипятились в нём в течение 15 20 минут. 3.6 Приготовление шихты для жидкофазной эпитаксии. Д ля проведения экспериментов брали навески Bi 2 O 3 , GeO 2 и Cr 2 O 3 из расчёта получения смеси содержащей 3 масс . % Cr 2 O 3 и производили синтез шихты по уравнению реакции приведённому ниже : 6Bi 2 O 3 + 0,94GeO 2 + 0,03Cr 2 O 3 Ge 0,94 Cr 0,06 Bi 12 O 39,97 . Суммарный вес навески составлял 50 г , что определялось размерами тигля . Исходные компоненты отвешивали в рассчитанных соотношениях на аналитических весах АДВ – 200 с точностью до 0,0001 г . Затем проводили твёрдофазный синтез шихты при 820 С в течении 30 часов . Для идентификации фаз применялся метод рентгенофазового анализа . Образцы анализировались на двукружном дифрактометре типа ДРОН - 2.0 (CuK б в интервале углов 2° < 2Q < 70° ). 3.7 Нанесения эпитаксиа льного слоя. Эпитаксиальные плёнки получали методом окунания монокристаллической германосилленитовой подложки в расплав . Платиновый тигель с шихтой помещали в кристаллизационную камеру . Для выравнивания радиального градиента над поверхностью расплава , ти гель накрывали диафрагмой из термостойкой керамики . Затем опускали шток с прикреплённой к нему платиновой проволочкой подложкой . Для наращивания эпитаксиальных плёнок Ge 0,94 Cr 0,06 Bi 12 O 39,97 использовались подложки Bi 12 GeO 20 с ориентацией [111] и [100]. Што к с подложкой ориентировали таким образом , чтобы подложка находилась точно над центром тигля . Затем температуру с помощью ручного регулятора плавно поднимали до 899 С за 40 – 50 минут . Это делалось для того , чтобы подложка и нагреватель не подвергались термоудару . После того как шихта расплавлялась , температуру выводили на заданное значение и выдерживали в течение 30 мин . для установления теплового режима . Подложку держали непосредственно над расплавом для прогрева . Далее по дложку опускали в расплав при вращающемся штоке и выдерживали её там в течение 10 30 мин . Затем включали подъём штока . После того как подложка с нанесённой на неё плёнкой вытягивается из расплава , её вручную поднимали на 2 3 мм над расплавом и , выключив вращение и подъём штока , выдерживали в течении 1,5 часов . Затем плавно начинали снижать температуру в печи до комнатной . Затем подложку с нанесённой на неё плёнкой извлекали из печи. Процесс жид кофазной эпитаксии проводился при скоростях подъёма штока 12 мм /час и скорости вращения 47 Об /мин. После наращивания проводился отжиг эпитаксиальных плёнок в течение 5 – 6 часов при температуре 850 С. Температура наращивания плёнок изменялась в пределах от 899 до 914 С. 3.8 Определение влияния температуры на толщину эпитаксиального слоя. Для приборов магнитооптики требуются плёнки толщиной не менее 20 мкм . На толщину получаемых эпитаксиальных плёнок основное влияние оказывают температура расплава , скорость подъёма штока и время эпитасиального наращивания плёнки. Для определения толщины эпитаксиального слоя , из пластин с нанесённой плёнкой изготовлялся срез вдоль оси роста . Измерение толщины пр оизводилось с использованием микроскопа МИН -8. Измерение под микроскопом производилось с помощью винтового окулярного микрометра . Он позволяет проводить замеры с большой точностью , нежели линейный . При 20Х объективе цена одного деления барабана составляе т 0,375 мкм. Экспериментальные данные показали , что при скорости менее 12 мм /час происходит налипание расплава на подложку . При постоянных скорости вытягивания и времени наращивания плёнки , основное влияние на ее толщину оказывает температура. Влияние темпе ратуры на толщину плёнки представлено на рис . 2.8.1. Рис . 2.8.1. Зависимость толщины эпитаксиальной плёнки от темпер атуры при постоянной скорости вытягивания (12 мм /час . и 10- минутной выдержке подложки в расплаве ). На основании эксперимента выбран оптимальный температурный режим выращивания плёнок при скорости вытягивания 12 мм /час. Важное влияние на толщину получаемы х плёнок оказывает время эпитаксиального наращивания .(Рис . 2.8.2.) Рис . 2.8.2. Зависимость толщины плёнок от времени эпитаксии при разных температурах расплава : 1. 914 С. 2. 907 С. 3. 900 С. Плёнки оптимальной толщины получались в интервале от 855 до 873 С и времени эпитаксии 10 мин. 3.9 Выявление микроструктуры эпитаксиальных плёнок. Изучение микроструктуры полученных плёнок производили кристаллооптическим методом на микроскопе МИН – 8 с 160 кр атным увеличением. Определяли положение монокристаллических блоков на поверхности подложки , их форму и размеры в зависимости от ориентации подложки . Определение размеров кристаллических блоков проводилось по методике , изложенной в главе 2.8. На каждом обра зце производилось 25 – 30 замеров . Результаты усреднялись. В зависимости от ориентации подложки и температуры расплава , получались монокристаллические блоки различной величины и формы. На подложках с ориентацией 100 получались кристаллические блоки вытян утые вдоль оси роста . При уменьшении температуры до 904 С происходило увеличение размеров кристаллических блоков , а при достижении области температур ниже 904 С происходило их нарастание друг на друга (рис . 2.9.1.). На подложке с ориентацией 111 при прочих равных условиях , кристаллические блоки имели меньшие размеры и не столь явно выраженную направленность .(рис . 2.9.2.) На рис . 2.9.3 представлен график зависимости средних размеров кристалли ческих блоков от температуры наращивания. Рис . 2.9.1 Кристаллические блоки на подложке с ориентацией 100 . Рис . 2.9.2. Мелкие кристаллические блоки на подложке с ориентацией 111 . Рис . 2.9.3 Зависимость средних размеров монокристаллических зёрен от температуры расплава. 3.10 Результаты работы и выводы. 1. Получены плёнки твёрдого раствора Bi 12 GeO 20 : 6 мольн . % Cr 4+ со структурой силленита на германосилленитовой подложке. 2. Оптимальными условиями для получения качественных плёнок толщиной от 20 до 90 мкм . являются температурный интервал 904 – 914 С и время эпитаксии 10 мин. 3. Величина кристаллических блоков изменяется от 15 до 70 мкм в температурном интервале от 904 до 914 С . 4. Для получения эпитаксиальной плёнки твёрдого раствора Bi 12 GeO 20 : 6 мольн . % C r 4+ со структурой силленита на германосилленитовой подложке . наиболее благоприятная ориентация подложки 100 4 Экономическая часть . [61]. 4.1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ обоснование проведения дипломной работы. В последнее время развитие и совершенствование передовых технологий привело к широкому внедрению достижений науки и техники , в том числе и квантовой электроники , в медицину. В современной медицине существуют несколько способов лечения онколо гических заболеваний : 1. Химиотерапия . К недостаткам этого метода можно отнести вредность , используемых лекарств , а также их высокую стоимость , длительный период выведения лекарства из организма , побочные явления и невысокую эффективность. 2. Хирургическ ое вмешательство . Недостатки этого метода связаны с затратами на содержание человека в больнице и его длительной нетрудоспособностью в послеоперационный период. Наиболее перспективными методами лечения в России и за рубежом считается методы с применением лазерной техники . Сейчас такие методы из-за их высокой стоимости доступны далеко не каждому больному . Данная дипломная работа является шагом в направлении уменьшения стоимости изготовления техники и , следовательно , большей ее доступности для потребителя. Потребность современной техники в новых материалах , перспективных благодаря их необычным физическим свойствам , возрастает с каждым годом . Среди таких материалов важное место принадлежит неорганическим монокристаллам . Известные на сегодняшний день лазерны е кристаллы удовлетворяют далеко не всем существующим потребностям : например КПД лучших из них не превышает 60%, порог генерации порядка 50 мВт , невысокое оптическое качество , связанное с неразрешёнными технологическими проблемами , такими как , например , п о дбор условий роста объёмных кристаллов. В последние годы очень активно изучаются материалы , содержащие в качестве активатора хром в нетрадиционной для него степени окисления 4+. На их основе возможно создание лазеров с перестраеваемой частотой излучения в диапазоне 1,1 – 1,5 мкм. На сегодняшний день , германосилленит (Bi 12 GeO 20 ) активированный ионами хрома , является одним из перспективных материалов для перестраеваемых лазеров ближнего ИК диапазона . Благодаря наличию широкой области перестройки (около 200 нм ) этот материал может быть использован в медицине для лечения онкологических заболеваний , так как область его перестройки захватывает длину волны 1,27 мкм , которая обладает высоким терапевтическим эффектом в борьбе с раковыми клетками . Основными методами по л учения монокристаллов германосилленита для лазерных применений являются методы Чохральского , оптической зонной плавки . Получение лазерных элементов этими методами сопряжено с большими материальными и энергетическими издержками , значительная часть монокри с таллов теряется в процессе изготовления конечного продукта (до 50%) из-за дефектов , включений , двойников , дислокаций и т.д . На сегодняшний день основным производителем лазерных элементов на основе силленита является фирма Union Carbide Corporation, на дол ю которой приходится 40% производства . Себестоимость одного лазерного элемента составляет около $1500 ( по данным UC ) В связи со сложной экономической ситуацией в нашей стране производство лазерных элементов (НИИ "Полюс ", АОЗТ "ИРЕА " ) полностью прекращен о. В последнее время ведутся интенсивные исследования в области миниатюрных лазерных компонентов , поскольку они дают значительные преимущества перед обьемными монокристаллами , например : высокий уровень легирования активного материала для получения высокой э ффективности (КПД ориентировочно до 80%) при небольших энергиях накачки диода ; высокая компактность и технологичность ( время изготовления лазерного элемента на основе обьемного кристалла составляет примерно 3-4 сут ., а на основе пленки за 2 часа можно и з готовить 80-100 элементов ); размер лазерного элемента на основе пленки не превышает 1 мм 2 ( для кристаллов 10-15 см 3 ); низкие пороги генерации ( 17 мВт вместо 50 мВт для лучших образцов обьемных кристаллов .); соответственно более высокие КПД (80 % вмес то 60 %); малые отходы при производстве конечного продукта и , как следствие , уменьшение себестоимости . Основным преимуществом миниатюрных лазеров является возможность создания их в интегральном исполнении со стекловолокном и диодной системой накачки . Дан ное направление возможно реализовать исключительно с применением метода жидкофазной эпитаксии , чему и посвящена данная дипломная работа. 4.1.1 Оценка себестоимости лазерного элемента на основе монокристаллической пленки (по данным полученным в результат е НИР ) Производство пленочного лазерного элемента состоит из трех основных стадий : - наращивание трех слоев монокристаллической пленки на подложку из другого материала ; - полировка поверхностей ; - нанесение отражающих и защитных покрытий на элемент и сборка. Рост состоит из трех этапов по 1 часу каждый , в результате чего получаем 100 шт элементов. Стадия полировки длится 6 часов , при этом одновременно обрабатываются 100 шт элементов. В собранном виде лазер включает в себя 1000 элементов обьемом 1 м м 2 каждый . Следовательно для создания одного лазера необходимо провести 10 циклов наращивания-полировки. Затраты на электроэнергию на один цикл производства лазерного элемента : Стадия Время на один цикл , час Затрачиваемая мощность , кВт Потребляемая мощност ь , кВт
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Жизнь как тетрис: успехи исчезают, а ошибки накапливаются и только длинная палка – это хорошо!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru