Влияние дислокаций на рассеяние ИК излучения в кристаллах германия

• Автор: Долматов, Андрей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 114 с. : ил.

I ВВЕДЕНИЕ
1. ДИСЛОКАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ГЕРМАНИЯ
1.1. ТЕРМОДИНАМИКА ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ
1.1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛАХ
1.1.2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ ПРИ
ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИИ И МИГРАЦИИ ДЕФЕКТОВ
1.1.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРУПП СИММЕТРИИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И КЛАССА КРИСТАЛЛА ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ДИСЛОКАЦИЙ
1.2. РОЛЬ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ
^ 1.2.1. ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ДИСЛОКАЦИЙ ПРИ
ОБРАЗОВАНИИ МОНОКРИСТАЛЛОВ
1.2.2. ОБРАЗОВАНИЕ ДВУМЕРНЫХ И ТРЕХМЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ
1.2.3. НАПРЯЖЕНИЯ И ДИСЛОКАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ, ВЫРАЩИВАЕМЫХ ИЗ РАСПЛАВА
1.2.4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСЛОКАЦИЙ В КРИСТАЛЛАХ
ВЫВОДЫ
2. НАПРЯЖЕНИЯ И ДИСЛОКАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ, ИМЕЮЩИХ * ФОРМУ ДИСКА
2.1. ТЕРМОУПРУГИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ, ВЫРАЩИВАЕМЫХ
В ФОРМЕ ДИСКА
2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В ГЕРМАНИИ ОПТИЧЕСКИМИ И РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫМИ МЕТОДАМИ
2.2.1. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ МОДУЛЯ ЮНГА
2.2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ
2.3. ДИСЛОКАЦИОННАЯ СТРУКТУРА МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИК ОПТИКЕ
2.3.1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ
ДИСЛОКАЦИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ГЕРМАНИЯ
' ' 2.3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ В ГЕРМАНИИ

2.3.3. МАЛОУГЛОВЫЕ ГРАНИЦЫ В ГЕРМАНИИ
2.3.4. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТЖИГА НА
^ ДИСЛОКАЦИОННУЮ СТРУКТУРУ МОНОКРИСТАЛЛОВ
2.3.5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ В БЕЗДИСЛОКАЦИОННОМ ГЕРМАНИИ
ВЫВОДЫ
3. РАССЕЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕРМАНИИ
3.1. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ И ПРИМЕСНОГО СОСТАВА НА ОПТИЧЕСКОЕ ПРОПУСКАНИЕ ГЕРМАНИЯ В ИК ДИАПАЗОНЕ
3.2. РАССЕЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
3.2.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАССЕЯНИЯ
? 3.2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ РАССЕЯНИЯ СВЕТА В КРИСТАЛЛАХ
ЛАЗЕРНЫМ МЕТОДОМ
3.2.3. АНАЛИЗ ПРИЧИН РАССЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ
3.3. РАССЕЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕРМАНИИ
3.3.1. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.3.1.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
2.3.1.2. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
3.3.1.3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ФУНКЦИЙ РАССЕЯНИЯ ЛИНИИ (ФРЛ)
2.3.1.4. МЕТОД ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ШАРА
2.3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВЫВОДЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
1-і

Актуальность темы. Кристаллический германий (моно- и поликристаллы) ! ^ широко применяется в качестве оптического материала для линз и входных
окон тепловизионных систем инфракрасной (ИК) техники. Функции этих систем включают регистрацию и обнаружение объектов, сбор информации, аэро- и космическую навигацию, теплопеленгацию и т.д.. Преимуществом систем тепловидения по сравнению с другими пассивными электроннооптическими системами изображения является их способность работать в любое время суток в неблагоприятных погодных условиях. Для эффективного применения приборов тепловидения необходимо учитывать характеристики оптических материалов. Требуются оптически совершенные образцы с минимальными световыми потерями, минимальным рассеянием ИК излучения и максимальной оптической однородностью, работающие в диапазоне длин волн 2,5-14 мкм.
Применение германия для изготовления оптических элементов инфракрасной техники обусловливает необходимость детального изучения влияния на оптические свойства - в частности, на рассеяние - дефектов кристаллической решетки материала (прежде всего дислокаций и малоугловых границ), а также внутренних напряжений в кристаллах. Рассеяние ИК излучения в германии является причиной уменьшения контраста изображения и может приводить к существенному ослаблению светового потока. Кроме того, для высококачественных монокристаллов германия величина рассеяния в области прозрачности сопоставима с поглощением, а для коротковолновых участков диапазонов прозрачности -вблизи краев фундаментального поглощения - может даже превосходить поглощение. Дислокационные дефекты типа малоугловых границ значительно снижают структурное совершенство монокристаллов, что делает невозможным еще одно важное применение германия - изготовление на его ) <4 основе подложек радиационностойких фотоэлектрических преобразователей,

Влияние условий процесса - теплоотвода излучением, представлено на рис. 2.8. Приведены аналитические зависимости напряжений по радиусу слитка диаметром 0,15 м и толщиной 0,02 м при условии изменяемого теплоотвода. Величина теплоотвода задавалась температурой окружающей среды (Т01ф), входящей в формулы 2.18-2.19 (на практике это осуществляется изменением экранировки над растущим кристаллом). Величина напряжений выше в условиях более интенсивного теплообмена (на 10-40 %) при общем неизменном ходе самих зависимостей.
Анализ распределения напряжений в кристаллах, имеющих форму диска, показал, что максимальные напряжения имеет место на фронте кристаллизации, независимо от радиуса, толщины, тепловых условии выращивания кристалла. Кристаллы большего размера имеют практически постоянный уровень напряжений (со слабо выраженным минимумом) в центральной части и резкое его возрастание у фронта кристаллизации. В кристаллах небольшого радиуса напряжения распределены неравномерно, с явно выраженным минимумом в точках 0,5 Л. Контроль тепловых условий выращивания - регулирование теплоотвода - позволяет в целом снизить напряжения в кристаллических дисках. Расчетные касательные напряжения ¥ для направления <100> превышают напряжения в кристаллах с направлением
<111> в среднем на 10-40%.
2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В ГЕРМАНИИ
ОПТИЧЕСКИМИ И РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫМИ МЕТОДАМИ
2.2.1. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
МОДУЛЯ ЮНГА
Как показывает практика, неоднородность оптических свойств кристалла связана с нарушениями его структуры: скоплениями дислокаций и малоугловыми границами. В свою очередь возникновение этих дефектов
А»'
связано с напряжениями, присутствующими в кристалле. Величина этих