Физико-технологические основы ионообменных процессов в кристаллах полупроводников и сегнетоэлектриков для исследования свойств материалов и целей интегральной оптоэлектроники

• Автор: Федоров, Вячеслав Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 556 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. МЕТОД ИОННОГО ОБМЕНА - ИСТОРИЯ, ОСНОВЫ, СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
1.1. История ионного обмена
1.2. Основы ионообменной технологии
1.2.1. Ионообменное равновесие
1.2.2. Ионообменная диффузия
1.3. Ионообменная технология интегральной оптики
1.3.1. Оптические волноводы
1.3.2. Базовые материалы интегральной оптики и основные методы создания волноводных структур
1.3.3. Ионообменные световоды в стеклах
1.3.4. Ионообменные процессы в монокристаллах
1.4. Этапы разработки технологии ионного обмена в кристаллах
Список использованных источников к главе
Глава2. ФОРМИРОВАНИЕ ИОНООБМЕННЫХ СЛОЕВ В КРИСТАЛЛАХ ЫЬГЬОз, ЫТаОз И А2В И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Технология получения ионообменных структур в расплавах и растворах солей
2.1.1. Аппаратурное оформление метода ионного обмена
2.1.2. Приготовление легирующих расплавов и проведение процесса ИДЛ
2.1.3. Подготовка поверхности образцов
2.1.3.1. Подложки монокристаллов ниобата и танталата лития
2.1.3.2. Подготовка поверхности пластин монокристаллов А2В6
2.1.4. Изготовление ионообменных слоев в кристаллах ЫТЧЬОз, ЫТаОз и А2В6
2.2. Методы исследования физических и химических свойств ионообменных слоев
Выводы к главе
Список использованных источников к главе
Глава 3. РАЗРАБОТКА НОВОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ДЕФОРМИРОВАННОГО И НЕНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЙ В ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУРАХ ПО ДАННЫМ ДВУХКРИСТАЛЬНОЙ РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИФРАКТОМЕТРИИ
3.1. Анализ существующих методов определения деформаций в поверхностных кристаллических слоях
3.1.1. Двухкристальная рентгеновская дифрактометрия
3.1.2. Метод широкорасходящегося пучка
3.1.3. Рентгенографический метод измерения кривизны. ;
3.2. Разработка нового метода расчета деформированного состояния по данным двухкристальной дифрактометрии
3.2.1. Основные уравнения предлагаемого метода расчета компонент тензора дисторсии
3.2.2. Исследование деформированного состояния в ионообменных структурах на подложках ниобата и танталата лития
3.3. Деформации и напряжения в ионообменных структурах
3.4. Разработка нового метода определения параметров кристаллической решетки ненапряженных твердых растворов гексагональной (тригональ-
ной) сингонии
Выводы к главе
Список использованных источников к главе

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПОЛНОЕ СТРУКТУРНОЕ И ОПТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОТОННОГО ОБМЕНА В НИОБАТЕ ЛИТИЯ
4.1. Основные физические свойства сегнетоэлектрических кристаллов ЫМЮз и УТаОз
4.1.1. Рост монокристаллов ІлІЧЬОз и ЬіТаОз
4.1.2. Дефектная структура ЫМЬОз
4.1.3. Сегнетоэлектрические свойства
4.1.4. Кристаллическая структура
4.1.5. Оптические свойства
4.1.6. Тензорные свойства высших порядков
4.2. Методы формирования волноводов в кристаллах ниобата лития
4.2.1. Аутдиффузионные волноводы
4.2.2. Титан-диффузионные волноводы
4.2.3. Ионообменные волноводы
4.2.4. Протонообменные световоды в кристаллах ниобата лития
4.3. Структурные и оптические свойства протонообменных волноводов в кристаллах ниобата лития
4.3.1. Структурно-фазовые диаграммы протонообменных волноводов на базовых Ъ, X и У-срезах УІЧЬОз
4.3.2. Закономерности и особенности прямого протонного обмена в кристаллах ниобата лития
4.3.3. Влияние послеобменного отжига
4.4. Кристаллическая структура и оптические свойства ненапряженных протонообменных твердых растворов НхУі-х№>Оз
4.4.1. Структурно-фазовые диаграммы протонообменных волноводов на повернутых срезах кристаллов ниобата лития
4.4.2. Упругие свойства протонообменного ЬіN60з
4.4.3. Фотоупругий эффект в ионообменных световодах
4.4.4. Зависимости между структурными и оптическими свойствами ненапряженных твердых растворов НхУі-хХгЬОз

(i) массопереносом в жидкой фазе (расплаве или растворе): доставкой реагентов к реакционной поверхности и отводом продуктов реакции от нее;
(и) кинетикой реакции на поверхности;
(iii) диффузией ионов в твердой фазе.
Перенос катионов в расплаве и доставка реагентов к границе взаимодействия осуществляется вследствие процессов диффузии и конвекции. Конвекция в расплаве может быть изменена его перемешиванием. Однако, вблизи поверхности раздела между жидкой и твердой фазами существует область, где вследствие трения жидкости о поверхность не происходит конвекционного перемешивания. Таким образом, весь массоперенос через эту границу осуществляется благодаря диффузии катионов к и от реакционной поверхности (Crank 1956). В случае, если диффузия в жидкой фазе может обеспечивать достаточный подвод реагентов к поверхности и удаление продуктов реакции от нее, процесс не лимитируется массопереносом в жидкой фазе. Для оценки
лимитирующего влияния диффузии в расплаве или растворе на скорость

реакции используется важный параметр (NA(s)/NА(l))(DA(s)/DA(I)) , где Na и Da обозначают молярную концентрацию и коэффициент диффузии катиона А в жидкой (I) или твердой (s) фазе (Ramasvamy and Srivastava 1988). В работе (Crank 1956) показано, что если значение этого параметра > 10, то процесс массопереноса в расплаве не является лимитирующей стадией ионообменного процесса. В большинстве известных ионообменных процессов в стеклах (при обычных условиях процесса) это условие соблюдается.
На поверхности общая скорость реакции определяется кинетикой реакции ионного обмена. Достаточно маловероятно, что поверхностная кинетика будет являться лимитирующей стадией, так что предполагается, что реакция собственно ионного обмена протекает значительно быстрее, чем транспортные процессы в жидкой и твердой фазах. Действительно, в работах (Helfrerich and Plesset 1958, Helfrerich