В инфракрасных оптических системах германийОкноБлагодаря своей превосходной проницаемости и механической стабильности он широко используется в аэрокосмической промышленности, точных приборах и высокомощных лазерных передачах. В качестве основного базового материала выбор монокристаллического германия напрямую влияет на оптическую эффективность и надежность устройства. В этой статье из трех аспектов характеристик материала, процесса подготовки и прикладных преимуществ, углубленное изучение монокристаллического германия в качестве покрытия германиевого окна фундамента ключевой ценности.
Основные физико - химические свойства монокристаллического германия
1. Широкоспектральная проницаемость
Монокристаллический германий имеет скорость пропускания до 95% в инфракрасном диапазоне средней дальности от 2 до 14 мкм, а ошибка однородности скорости преломления составляет менее ± 00005, что может эффективно уменьшить потери рассеяния света. Его запрещенная ширина полосы (0,67 эВ) делает его одним из немногих полупроводниковых материалов в этом диапазоне, которые могут работать без охлаждения.
2. Тепловая стабильность
Температура плавления 938,25 °C, коэффициент теплового расширения 6,1 × 10 ⁻ / °C (25°C), в специальном температурном диапазоне - 200 ~ + 150 °C все еще может поддерживать стабильность размера. Низкая теплопроводность (68W / (m · K)) помогает снизить эффект тепловой линзы под действием мощных лазеров.
3. Производительность механической обработки
Твердость по Моуринью 7,5, близка к кварцевому стеклу, но вязкость к разрыву выше. С помощью процесса алмазной резки и полировки можно получить сверхгладкую плоскость с шероховатостью поверхности Ra < 0,5 нм для удовлетворения потребностей в адгезии проникающей пленки (например, многослойной пленки ZNS / Yneneneed Onenenebj).
Методы контроля роста кристаллов и дефектов
Очистка методом Цохральского
Используя высокочистое поликристаллическое германиевое сырье (≥99999%), монокристаллические стержни диаметром Фи50 ~ 100 мм растут методом прямого натяжения. Концентрация легирования точно контролируется на уровне ppb, обеспечивая концентрацию носителей < 1 × 10 1 м³ cm ⁻³, избегая инфракрасного распада, вызванного поглощением свободных носителей.
2. Оптимизация плотности дислокаций
Внедрение технологии ускоренного вращения в тигле (ACCR) позволяет снизить радиальный температурный градиент кристалла до < 0,5 °C / cm, а плотность дислокации снижается с 10 ⁴cm² в традиционном процессе до < 10 ² / cm². После рентгеновской морфологии целостность решетки может достигать 99,9%.
3. Инновации в обработке поверхностей
Химико - механическая полировка (CMP) в сочетании с пассивным слоем осаждения атомного слоя (ALD) может удерживать глубину субповерхностного поврежденного слоя в пределах 50 нм. Последующая плазменная очистка удаляет остаточные органические вещества и повышает прочность мембранного соединения до > 50 МПа.
Сравнительный анализ типичных сценариев применения
| область применения | технические требования | Преимущества монокристаллического германия |
| инфракрасное окно КЛА | Устойчивые к радиации, низкотемпературные искажения | Доза антигамма - излучения до 1Mrad, точность поверхности PV < λ / 10 |
| Окно выхода CO2B - лазера | Высокий порог повреждения (> 10J / cm²) | Аморфное рассеяние, непрерывное повышение температуры < 2°С |
| ТГц фильтр | Широкополосное пропускание (0,1 - 3 ТГц) | Реальный Эпсилон диэлектрической постоянной = 16,3, виртуальный < 0001 |
IV. Будущие тенденции
С ростом спроса на ультрафиолетовые прозрачные материалы с ультрафиолетовой литографией, модифицированный фторид монокристаллического германия (совместное смешивание Ge - F), как ожидается, превысит ограничение длины волны 193 нм. В то же время структура деформационной сверхрешетки, основанная на технологии молекулярной экстенсивности пучка (MBE), способствует развитию монокристаллического германия в направлении многофункциональной интеграции.