автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Оптические характеристики градиентных сред на основе полупроводниковых твердых растворов A2 B6 и методы их контроля

РГ6 од

САНКТ-ПЕТЗ?БУРГСШ ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ 1ЩЛШИ- я опсти

На правах рукописи

ИДЬИН Сэргз'Л Юрьевич

ООТЧЭСКИБ ХАРАКТЗРИМКИ ГРАДИШШХ С?£Д НА ОСНОВЕ ПОЛУ1РОВОДШОЗНХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ А2В2 и М£ГГ0£Ы их КОНТРОЙ

05,11,07 - Опгичеокие а оптико-эязкгрояйые приборы 01.04.05 - Оякад

' А в I о р з ф в р а I.

^йооергацид на соискание ученой огеаааи йадшидата гехначесках наук

Санкт-Петер<3ург 1933

Работа выполнена в Яиодауге точной механики и оптики (Санкт-Пвгербург).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

ГШ0Л5Ш В. Т.

'Официальные опцовенты - доктор технических наук, профессор

НАГЯБЯКА К.Ц..

каядидаг уизиксмлаяематичоских наук, доденг ПОПОВ В.А.

Ведущая организация - РКЖ "Электронстандаот".

Заэдта диссертации состоится ЦЮИД 19ЭЭ г. в

часоз на' заседании специализированного совета Д 053,26<01 Института точной ыехакккк и оптики (Санкт-Дэтероург) по адрооу: 197101, Сайлиноквя ул., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инотитута,-

Автореферат разослан 19ЭЗ г,

Ученый сзкретась !

специализнэованного совета _ ' В,М»Кшоавцев

ханд,техн.наук, дсдент --

Актуальность работы. Градиентные оптические технологии представляют существенны:-: интерес'ддя создания оптических.и оптико-электронных приборов, с тагскз систем различного целезого назначения. К настоящему времен;' такие технологии' получили распространение для вададой и б.т::яне_; знуракраоной области спектра: многоходовые оптаческие золокна, - коммутирующие устройства волоконно-оптических линий связи, коллимационные линзы, -линзы, различные объективы.

В глэаьг-'еГг степени освоен ним градиент ньели оптическими технология.®, а зачастую.;: ноосвозннку зообп;е, является диапазон средни: и длинных инфракрасных волн. Наличие, в этом диапазоне окон прозрачности атмосферы представляет-интерес для создания,-ЕК-оистеи'назагацкп, метеорологии, военного назначения.

'Для создания градиентных элементов а систем в дальне;: ин-фракраснои области спектра перспективными материалами являются полупроводники. Это обусловливается рядом существенных факторов.

Во-первых, указанные материалы "прозрачны" з длинноволновой области спектра до Л =15 иш и далее. Так, например, однофо-. нониое взаимодействие излучения с веществом в элементарных-полу-проводниках отсутствует вплоть до субшшшметрового а миллшет- . рового диапазона. 3 области "прозрачности" распространение электромагнитных волн в объемных средах определяется показателем пре~.

л0мл2ияя.

, ■Во-вторых, создано технологическое обеспечение, для выращивания по^прозодапкози кристаллов больших геометрических размеров с требуемкма параметрами. Полупроводники А^ (германий, кремний) больших размеров гогут быть получены методом Яохральского» Для,полупроводников и их твердых растзороз-реаение-задачи . получения больших размеров возможно с помощью специальных техно- ' логин поликрнсталлпческого роста, таких как рекристадлизациокная деформация, прессование, различные кодификации метода Брадкмена, 3 поликристаллах, однако, применение указанных технологий не : всегда позволяет обеспечить требуемую воспроизводимость их оптических характеристик.

, ■■ В-третьих, активно изучались практически значимые оптические свойства пол^;проводников в с^ласти "прозрачности", в том' числе показатель преломления ), дисперсия О, оптическая неоднородность сГ/1 (А). Приводимые в литература данные по-

- л -

казнзсзт, что вазванн:-:з хзэыагораояиа в пэлупралодааках во хио-гои олродэляэтсд элактроулзллзс.-ллк я лргютаиоЛзгпчзсккмд пара-мссрсгла касезкслоз, лолцзнтрацлз:': логцрукхцлх попмгсе;;, составом твердого рсстзора, дефактск; стоурь: п Тс^с далее. 2 основном голученкко зхвпзртептгльвио охвативап? слектрпльнил диа-

пазон Л < 15 гш я относятся к элелзкгая.ъг: латилэогодчйкагг А* и

О С! " * о

бдиарним соединенная А^З л Для полжрастаг.'ктасллх А В°,

з особешсст:-; для твердых расгворэз -яа их основа, подобные лселе-довагш: в указанно:: к белое длаяноволяовой Л>15 ш областях спектра ллбо отсутствует, эт.бо полученный результата ^у^цазсгся в легально;! проверке.

Вагнв&ки условием кспользозаиля материала в качестве среды с гредтток свойств явлкется возыонность уиравлешш его опгичо-СКК.ГЛ х&ракгерасюиимц, л з первую очерздь показателей яреломяз-нзя. В лрл'лененли к полупроводникам возиошш ара луга сгорыкрэва-лля профиля показателе преломления:

■ I. Ооздашш профиля температура аэпосрэдст.вгпйо в объеме элемента оптического илк олтлко-электронного' устройства. Этот метод применим в полупроводниках А*', А^В® п А^В6. Вглесте с тем ого практическое использозачие, по-влдл:лол!у, мокот ограничиваться тек фактом, что сиятлз температурного поля приводит к исчезиозеииэ профиля показателя преломления.

2. Создание в объеме полупроводника концентрационного профиля доноров ллл акцепторов. В этом случае возмогло получение градиента показателя прелогленая в у&терлалах А4 и Практическое применение мояэт быть существенно затруднено для полуяро-водйл-чой А2Б6, где, согласно имеющимся литературным данным, слабо выракзнз влияние легирозанля на оптические свойства,

3» Формирование профиля "состава полуярозоднадового' твердого раствора при его выращивании. Здесь профиль показателе прелог.ие-н;ш воз;.:сд:ю получать в полупроводниках А^З5, А"В®.

Последили метод является наиболее предпочтительншл. 3 салон: дала, величина показателя лро;:оулек;:л определяется ооотзетствуа-даа крайники значениями сэотаьэв, эгрйлнчлзэю'длл использолакшй ллалазо:;. йэргярэваняэ грздлеята со..г..ль -з предезее вырезания предполагает возможность уяразлевл»: •.■оргсл л крртизнои лолучао-цр»1аьоЬ йепосредгтзенво парс-'.'.е'.'р.г;: технологического процесса.

- О -

В длинноволновом шфракрасчом диапазона практически;: интерес поедставляот паз оабокса спстосгльнкх Ш-объект;пзоз на оснс- '

' л ^ О ^

ве материалов А"* к А"В°, ?де поедлолагаетсл, что коррекция сферических абсооацш; и рогах лучков 1.го;;:ет бить обеспечена за счет фортдровагш." градиевта ггоказмтод'г преломления з осевой чалразло-паи доходнок гаготогш:.

3 свлзл с эпда колк а зат-чз работы состоял? в

разработке оу£ок7мвеюс свособо ; создана: и упргэяеяшг лросйисзд показателя прзломлеадк а объеме градиентных осткческих элементов на осзсве пояупроводйякозцх материалов, а такке з разработке ¿летодлк контроля расяредолм.чяг поаизатзяя прелог/лз-шя в по-ЛупроЕОДникошх градхекгакх сэеда:-:.

Конкоет.чые задачи наст<л,эЗ работа состоял:; в слодуэде;::

- лссле^ованкэ дксперскг; локазатедг. преломпеи-и: б ааяегпро-эаншсг а слакдально лега розанккх- ионохрлсгаллах геамаад* а крэм-нкя з спектрально?.! диапазона «Д =10+200 гаи, определенно зависимости показателя пражшеяпя от конценграцял свободных яослтэдзй заряда а возможное г* создания градвенганх сред с осовш про$алгм показателя преломления на их оснозз;

- исследование опэдческах характеристик в мовокрлсталлачг-ско:л I* по.с;кристагтз:чзсяоы сэлсквде и суль&яде цинка з спектральном доспазонз Я =10+150 ыкм а определение их зазлсжгасти ст кристаллоид,зическлх параметров материала;

- хсслодозапке спектров отраязния латакристалличосках твзр-дых раствоооз ц ¿П.Тё/'Х.Вё'х „ а тагкз определение характера концентрациейкой перестройки ушонного спектра в диапазоне ^ =30+60 ыкгл;

- исследование оптической неоднородности в поликрисгалличв-ских тззрднх раствор&ч и в видимой области спектра Д =0,5461+0,6521 мюл и определение диапазона составов, в котором иогут быть получены практически значимиз профили показателя преломления;

- исследование спектральных, температурных я концентрационных зависимостей показателя преломлена; в диапазоне длин волн 3 =1+12 пкм б твердых растзорах > а также определение возможности создания градиентных сред с осевым профиле.,: -показателя пролог, дзняя на их основе;

- разработка методики восстановления л расчета профиля со-

егоза К твердого раствора по измеренному рас-

пределению показателя прело:ачения;

- разработка методики контроля профиля состава твердого раствора при использования рентгеноспектрального

микроанализа (РСМА.), а танке сопоставление возможностей определения пройиля состава оптическим и рентгеновским изтодеш.

Научная новизна работы:

I. Выполнены исследования спектров поглощения <¿/5) и дисперсии показателя преломления А^) в нелегярованных и легированных фосфором до 2- ТО^ монокристаллах германия и креиния в длинноволновой -области спектра \Д =10*200 мкм. Показано, что в нелегирозачных образцах поглощение, определяемое дзух-фононньки переходами в диапазоне ^ =2080 г,гая в && и чЯ а =10*60 мкм з , приводит к аномальной дисперсии показателя преломления Я(3) в интерзале длин волн =28*42 ;.:км и & = =14*28 мил соответственно.

■' 2. В легированных и £1 дополнительный вклад в оптические постоянные в указанной области 'чЯ =10*200 мкм вносят переходы с участием свободных■носителей заряда. Показано, что на-блюдаеглый вклад "в диэлектрическую проницаемость сохраняет линейный характер во всем исследованном диапазоне концентраций и длин волн.

3. Выполнены исследования спектров отражения полукристаллических трехшддонантных твердых растворов и

в диапазоне длин волн =30*50 мкм. Показано, что имеет место смещенный характер перестройки ¿оновного спектра в зависимости от состава. -Полоса "остаточных лучей" в целом оп- • ределкется одйофононнш взаимодействием излучения с веществом, Наличие слабых особенностей в структуре спектров отражения в пределах полосы "остаточных лучей" связано с взаимодействием атомов в подреаетг.е замещения.

Практическая значимость таборы; ■

I. Показано влияние легирования на показатели преломления геркания и крекнзя В данноволаовоы диапазоне от 10 до 200,мкм. Язмекение концентрации принеси от Ю13 до см"3 обеспечивает приращение показателя прелогаения на уровне пяти единиц второго знака после запятой, что является достаточны:.: для коррекции сферических аберраций.

2. В селенаде и сульфида цинка изучение оптических харак-. теристик з длинноволновом диапазоне от 10 .до 150 ыкм показывает,-что оптические' постоянные и характеристические Параметры. слабо, зависят от зада исследованиях материалов. В соединениях А^В^ cb--¿цанне градиентных сред еозиойно с использованием многокомпонентных твердых растворов.

3. Определены зависимости от состава и уточнены значения собственных' оптически активных частот в поликоястачлачесхих твердых растворах и Z/l7ëj~x£é!}c.

. 4. В твердых растворах Со*Se к показа-

но, что величина оптической неоднородности в основном определяется неоднородность» их состава л ограничивает возможность создания практически значило: градиентов показателя ярел-оклзнля областью составов '¿близи крайнее значений ji=Q и

■ 5. Изучено влияние состава на показатели прелояшшг твердо: растворов Zflj-xCtffSC в спектральной диапазоне от I до

12 гам. Полученные в диапазона составов X =0*0,Со при^ацениг: показателя преломления составляют до трех единиц третьего знака после запятой, что позволяет кслользсяр.гь формирование профиля состава для создания оеззых градиентов показателя прелсйдеяпк.

■ S. Разработана методика контроля профиля состава твердых растворов яри лсяодьоозеялм ревтгеяое яектоальпото ЫЕкроаяглкза (?ûi,lA). Проведен авшш пршмняыосга и точности метода Z0F, С:е-г-г: зазисклостн долравочннх фунжцзй на эффект генерации характеристшэского рентгеновского излучения Pz . па эС4'01;т похолодания Р* и на эффект флюоресценции Р* от состава твердого раствора, ускоряющего напряжения и угла отбора рентгеновского излучения. Показано влияние экспериментальных факторов на погрешность глхкроар'-.лкза по методу ZtfF. Построены калибровочные зависимости отноедтельвой ячтзнсчзностк характеристического рентгеновского излучения от состава тшг различных рагжлов съемки.

7. Для твердых растворов ZrZi-xCàjcSê. разработала методика определения профиля состава по ззыереншзд йр&Уилв показателя преломления з иассяввых заготовка? дет линз инфракрасного диапазона. Показано, что измеренный яролпяь показателя преломления ютет быть рассчитан с точностью на уровне потребности практического применения при попользован:;!: дисперсионной деухоецкллятор-

ной модели по определенному о по;.эдко профилю состава Л . Показано, что но результата"! измерении профиля показателя преломления решение обратной задачи восстановления :: ю.':пл;; состава возможно с точностью не нуле, чем методо;.; ?С!;1А.

На зацкту выносятся следуэдэ ка;/чнко полосауил:

1. Двухфононные оптические переходы в германии и храаш призе,дят и аномальной дисперсии показателя прзлаагенгг з диапазона длин золя соответственно 0> =28*42 мкм и чЯ --14*28 ми

2. Легированна германия и кремния дает аддаюзчк" вклад в диэлектрическую проницаемость, сохраняющий лине Лии-;: характер в диапазоне длин волн ^ =10+200 мм.

3. В пол.:кр::статических твердых раствора:': перестройка йононного спектра з зависимости от состава носит смешанны:'; характер, определяема згшйлодзИствнеы как атомов различных подрелаток, так и атомов з .одрезеткз замещения.

4. Б полпкрдстояяичзских тверды;; раствора:.:

и • яояцеятрационная зависимость оптической неодно-

родности носит нелкнэиикН характер с максимумом в области средних значении г.рхле.7.у точный составов. Величина огг/дческон неоднородности в основном определяется неоднородностью состава твердыэ раствороз.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на УП Все союзном совещании "Кристаллические оптичесгне материалы" (Ленинград, 1390).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем,работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глаз, заключения и списка литературы, включаю* «его-98 наименовании. Основная часть работы изложена на 121 стр. иааин огнен ого текста. Работа содеркит 38 рисунков и 8'таблиц.

Дерзая глава косит вводный характер, В ней рассматриваются перспективы и возможности применения полупроводников для создания градиентных оптических сред на их основе.

Данные, приводимые в литературе, показывает, что полупроводника перспективны для использования в .'радиенгной оптике дальнего инфракрасного диапазона, з том числе для коррекции еще-~рнческах аберраций посредством формирования осевого градиента показателя преломления. Подобный град;:ент оптических свойств макет быть сфорлроваа концентраций/: легирующей примеси в мате-

риалах А4, а такхе профиле;.: состава твердого раствора в системах А2В5.

Возможности практического применения этих материалов связаны с уровнен изученности их оптических сзойста. Заполненный анализ литературы показывает, что существенно исследованными язля-птся оптические характеристики в видимом и бдпкнем инфракрасном диапазоне ^ -< 15 мкм. Подобные данные з осиозном относятся к монокристаллам элементарных полупроводников и бинарны" соединении, 'Для полпкрпсталлпческих А%°,п в особенности для твердых раство-роз на их основа, результаты исследований оптических характеристик либо отсутствуют, л::бо нуждается в детальном уточнении.

В полупроводниковых твердых растворах профиль оптических свойств определяется профиле:.; состаза. В овязи с этим существенный интерес представляет разработка методики восстановления и расчета распределения состава по измеренному профиле показателя преломления.

Предлагаемые з литература метода измерения профиля показателя преломления ориентированы в основном на оптические стекла п видимом диапазоне и не учитывают особенностей полупроводников кал: оптических материалов дальнего инфракрасного диапазона. Поэтому практический интерес представляет разработка методики восстановления распределения состава по данным рефрактометрических измерении на призмах, обеспечивающих высокую точность определения значений показателя преломления. Для оценки возможностей такой методики целесообразно создание методики контроля состава на основе РС;,1А.

Зо второй глазе рассмотрена методы'и средства измерений оптических характеристик полупроводников з дальней инфракрасной области спектра.

В качестве образцов исследованных материалов в работе попользовались:

- тонкие плоскопараллельнке пластины для измерений спект-ральннк зависимостей показателя преломления ( . 2.1ё> );

- пластины и призмы для измеоения спектсоз отражения

- призма дли: измерений оптической неоднородностии рефрактометрических характеристик ( Сс/ц, );

- призтйи с градиентом показателя прзлоыдения, направленаш параллельно рзбру шзду яродоилвддоа граняш для измерения профиля показ ателя преломления

Рабочие поверхности образцов обрабатывались по стандартно:! опткческо:; технологии.

Спектральные зависимости лоназьтелл преломления Я [О*/ определялись на основании аншиза полок-знил :/.акспму;.:оз и миниму-коз интерференционных спектров пропускания в области "прозрачности", а тазте вблизи полоси "остаточных лучей". "

Основная составляющая погрешности определен:!" показателя преломления обусловлена точностью измерения толцина образца. Уменьшение погрешности, вносимой при определении тодданы кон-тактик:,га методами, достигалось "сиизанием" -на коротковолновой границе исследованного диапазона ^ - 8*12 мкм дачных интерферо-метрических измерений с полученными методом призменноп рефрактометрии. Погрешность выполненных в работе измерений составляла 0,0007,'

Спектральные зависимости коэффициента отражения били

получани при значении угла падения на образец, близком к нормальному (12°)• с использованием эталонного зеркала. Погрешности выполненных измерений коэффициента отражения в основном определялась соотношением "сигнал - пум" для выбранных режимов записи и составляла &И<а 0,03.

Экспериментальные спектра интерференционного пропускания и отратеккя бкля получены при использовании однолучевого спектрофотометра КСД11-82. В случае спектров отрешения в состав прибора дополнительно вводилась приставка отражения ¡'Ш0-76.

■ Рефрактометрические измерения спектральных и концентрационных зависимостей показателя преломления Л) , а гакяе исследование оптической неоднородности оГЛ-СЯ) выполнялись с поморья гониометрического спектрокетрг-ргфрактсметра, реализующего метод наименьшего отклонения. В случае образцов твердого раствора с градиенте;.! показателя лредог.:ленля исследуемая призма подаюной горизонтально'..- цел:-» разделялась на некоторое количество зол по высоте, элэодеддемое размерам цеди.

Погрешность измерение показателя прзломле;:;'.?: з это« случае вкгочада з себя сосхалтвде, связаннее с:

• ■ - озаЗзкмв в определении велгчиЕ углов нагменькегс отклоне-Н2Я я предомзяхадзе углов при?:-:; '

- оптической неоднородностью материала призш;

- температурной язсгабхпьностьи образца; -

- качество:;! обработки прелог/лщэдпх граней;'

- язиеракшп: в решав широких спектральных ¡долей.

Абсолютная погрешность измерения показателя преломления составила не хуже 0,0002 для образцов с фкъоирозанньгл значением состава и не хуже ИЛ- ^ 0,0003 для образцов твердого раствора с профилем состава.

Оптическая неоднородность в твердых растворах определялась в вядикой области спектра ш длинах волн, соответствующих характеристическим линия:.: ртутаого спектра.

Полученные эксперикентаяьшла зависимости показателя преломления и коэффициента огрояевдя анализировались с помоют одно-осцат-рораой к двухосцилляторпои модели взаимодействия кг лучения с вецеотвои. Величины электрофизических параметров кристаллов определялась из процедур оагишесада в качестве подгоночны:!, но • наилучшему соответствие.эНсПерпмеятальэнх и теоретических зависимостей.

Анализ экспериментальных зависимостей показателя преломления /з/Х,Л, Т) осуществлялся .в рамхах диодероконноц двухосщииятор-нои модели, примененной к твердым растворам. В- этом случае все используе/ке параметры модели" "{йд.сматдаадиев Как функции от состава соответствую!®» величин параметров бинарных соединений, разувщих твердый раствор. " '

В тоотьей главе представлены результаты исследовании спектральных зависимостей показателя преломления п кеэфТныиен-та отражения > а такав оптической неоднородности ©Ог/^Я ) в полупроводниках А4, А2В5 и их твердых растворах.

/ймеренкя дисперсий показателя преломления Я(З') бнлн выполнены з цонокм'.сталлах германия, и кремния с уровнем легирования до У =2-10^ с:я~с в длинноволновом диапазоне чЯ =10*200 жм. В нелегдрозанаых германии и кремнии наблюдалась отчетливо зн'ра-мекная аномальна!* дисперсия показателя иреЛом-лек-.щ в области ^ =28*42 мг.м :: ^ =14*28 .чкм соответственно.

Уназакнн;: характер длинноволновой дисперсии Я (Л) находится з горспзм соотгесстяхкгс результатами измерения сггегческо-го логлои2:г.::": ) в исслс-дсзаннон области спохтре.

Зилси м.'-огс '/.•ионных о::т:;"1=ск:'.:: переходов а -дпсиесслй )

определялся лз данных измерении коэффициента поглощения путем чкслониого интегрирования соотноизкия Крамерса-Кронпга. Учэт ыногофононного решеточного поглощения позволил получить точное соответствие расчетных зависимостей с экспериментальными

данными, а такге объяснить наблюдаемый аномальный влд дисперсии показателя преломления.

Легирование германия к- крсгиш, кок л з более коротковолло-• вом диапазоне < 15 ккм, приводило к уиеньпеняэ показателе;; преломления, которое определялось концеатрацзо.: свободных носителей заряда. Рассчитанные з р:мка>: теории дисперсии на сзооод-нк>: носителях пркральнля диэлектрической проницаемости корэыо согласовал:!сь о экспериментальными данными. Расчетные л эксперимента.- ьнкз зависимости при радения диалектической проницаемости от :задэата длины волны излучения носили линейный характер вплоть до д..лкноволкозоя гоанлць: исследованного спектрального диапазона. Таким образом, отклонениями от ллизлностл, определяемыми рассеянием свободных .•¡ослузл?.^ зарыла, мокпз пренебречь во все:.: исслз-дованном диапазоне концентрации л дялк волк.

Полученные приращения показателя преломлении в диапазоне от 10 до 30 мкм составили величину до пяти единиц второго знака поело запятой. Талям образом, легирование моыет бить здесь офф.ек-тпвно использоланс для создания осевых градиентов показатели лре-ломлонля.

В монокшоталпгл и аоликриотеллах езленлда и сульфида цинка били выполнены измерения спектральных зависимостей показателя преломления к кооффклиента отралйнля в диапазоне длин волн чЯ « »10*150 мкм. Рассчитанные; на основе теории одно/.ононного взаимодействия излучен:;™ с веществом зависимости Л-fa) и согласовывались с измеренными в пределах экспериментальной погрешности. Искллчеплел здесь явились спектры отрякенлл в полукристаллическом сульфиде цинка, Цде на длинноволновом крае полосы "остаточных лучей" имело место расхождение систематического характера, что, ло-впдпмому, связано с и^лщда размерами (1-3 мкм) зерен этого материала.

Из полученных экспериментальных зависимостей и

были определены с помощью поисковых оптимизационны): методов значения характеристических параметров: длинноволновой и коротковолновой диэлектрических проницаемостзй Со и-й"»®, а также соб-

отвеннкх частот оптических йононов Ото и 12 ш величины которых варьировались до получения нсдлучизго совпадения теоретических и эксперкментатьнцх данных. Указанные параметры практически на различались для поликристаллпческого и монокристаллнче-ского селепила к сульфида цинка и, таким образотл, слабо зависела от вида исслсдованних ?лате опалов.

Показанное отсутствие зарезанного злияния кристадло^изкчо-ских параметров на оптические характеристики бинарных соединений не позволяет использовать селения з сульфид нанка з качестве градиентных оптических сред.

Спектрачьны-з зависимости коэуТ.ишента отражения в

иоликрисгаллических твердых растворах

0,06; 0,16; 0,40; 0,63) л ¿лТёлцЗех С X =0; 0,08; 0,21; 0,42; 1,00) били измерзни в диапазоне длин-! волн ^ =30*80 м;-м. Указанные таердкз раствори в литературе характеризуются одцогло-довк:: тагом концептрационной перестройки йоночного спектра: в зависимости юэет место одна полоса ''остаточных лучен",

значения характеристических частот 12тх> и с изменением

состава квшшгел монотонно кедцу соответствующими значениями для крайних соотавоз X =0 и X =1. Вместе с тем в экспериментальных спектрах была обнаружена тонкая структура, проявлявшаяся

в виде расцепления мексацуиов полос отражения. Эти особенности, по-видимому, отвечающие Езадмодалствию атомов в лодреиетке замещения, хорояо описывались в рамках дзухосцилляторнол модели яри введении второго осциллятора с малыми величинами силы и продольно-поперечного расщепления,

3 области составоз .X >0,40 наличие разупорядоченлости в твердых растворах

обусловливают

возможность взаимодействия одк .оононных и двухфононгых мод, приводящую к дополни ельному уширениа полос "остаточных луче::".

Анализ экспериментальных спектров , выполненный с

использованием одноосщшшторной и двухосщ-шгторной моделей, погнал, что наличие тонкой структуры'в спектрах отражения слабо влияет на величины характеристических параметров <£с , (¡¡-о*. ,

12/10 > в основном определяемые однофононным взаимодействием излучения с веществом.

Варной характеристикой материала для создания градиентных, сред является оптическая неоднородность. Под /ятической неодно-

родностью здесь поншалксь простракетеекные вариации показатели преломления, возникающие в объеме т..дтериала при его выращивания.

Исследования оптической неодяородаоста в свердах раствора; и были выполнены вблизи края собствеиного тгоглойсвая в диапазоне от 0,5461 до 0,2521 мкм. По яеро удштенул от крайних составов Л =0 з X =1 з область прожнугочнпх знзадшЯ ьейссдалось возрастание величины оСй.. Пои гначониях состава, больших 0,2, спектральные лгзая, пошво однородного уияренкя, характеризовались такае д неоднородные з виде "разик-тик" их ко ротковолкового края. Полученная концектра-ционная зависимость oh(X) и;,'ела нелинейный характер с макевду-«Oi.i в области средних значен:::; промежуточных составов. 11з:.:е ренине зпачечил величин sPt в гвердкх растворах и

позволяет предположить, что создание на кх основе гродкеатйьж оптических сред с практически зночимкд профилем показатолл преломления целесообразно только в области составов ¿>Х~ С ,15, близких к крайни:,: значениям X -0 и X =1.

Четвертая глава яое-вящеаа разработке методики контроля про-¡хндл состава твердого раствора

при использовании

ректгеноспектралъкого шкроанаягза (НЖ).

Каякчестззяньй анализ состав;; твердого раствора основывается на определении связи интенсивности выходящего рентгеновского излучения с концентрацией анализируемого компонента. В качестве эталонов били использовано чистик селонад цинка и образцы твердого растлэра с фиксированнкмл зиачоии-вли

состава X «0,06 и А' =0,16. Состав эталонов определялся с высокой точностью (.йХ -0,003) хигдпчееккм методом. Расчеты гч>ли вы-полкзны на основе цетодаЗдесь общая поправка Pz. разбита на три составляющие: ну возбуждение Pz , поглощенно Ра и флюоресценцию Pf . Бкли достроены зависимости поправочных функций ftz- , Р* п Pf от состава Л твердого раствора, ускоряю-цего напряжения и угла отбора рентгеновского излучения & для анализируемых характеристических линий Показало, что нестабильность

а* сильно влияет на величины Pz , а изменение & - на величины р^ и Р^ при прочих равных значениях экспериментальных факторов. На основании выполненных расчетов были определены параметры рабочих ре;гааюв съемки длк кикроаиалкзатора Afßi-J'G Камека. Построены калибро-

вочныо зависимости относительной интенсивности у...» характеристического рентгеновского рентгеновского излучения от состава

X твердых расгзорсз По экспериментально изме-

ренным значения!.: интенсивности аналитических ланий рассчитан элементны:: состав исследовании:: образцов с учетом эффектов генерации, поглощения и флюоресценции. цогреаность определения состава составляла не ху:-::е .АХ -=0 ,С05.

В образцах твердого раствора измерены прави-

ли состава Д* . Образцы характеризовались различим; уровнем содержания tëfr- в начальной вагрузке: 2118 - 4%, 2090 - 2%, 2119 - 1%. ' " '

Ооша полученных профиле:: состава для' всех исследованных образцов была одинакова и близка'к теоретической, описываемой заражением Пфанна. Различное содержание кадмия определяло только абсолютные значения состава X • Изменение состава X характеризовалось натачаем градиента примерно на трети высоты во всех образцах. Таким образом, геометрические размеры полученных профилей состава били практически одинакова и зависали от начальной концентрации- кадмия. 3 процесса выращивания градиентных объемных материалов

во всех исследованных образцах не были получены начальные значения концентрация кадмия. Это связано с тем "'.актом, что в процессе роста в явазигэрметических контейнерах имело место улетучивание сэленида кадмия как более легкоплавкой комлонеяты.

Пятая глава посвящена разработке методика-контроля профиля состава тзердых растворов ¿fc^.Sè на зейозе измерения ре-

фрактометрических характеристик и в первую очередь профиля показателя преломления,

Б диапазоне длин волн Л =]>12 :."ç.i и температур Т=10*40°С были выполнены методом призмы измерения спектральных, температурных и концентрационных зависимостей показателя преломления Вид полученных экспериментальных зависимостей качественно соответствовал таковым для. чистого селенида цинка. Теоретические расчеты указанных зависимостей были выполнены на основа дисперсионной дэухосцалляторной модели. В применении к твердым растворам яря расчетах зелйчан показателя преломления ) и термооптической достоянной"Я/еСТ коэффициенты нелинейности в вирагзйия:: для :^;яя:яор.:стпческих энергий и дисперсионных пара-

- lo -

метров в первом прЕблизеаиа принимались равиьш пул). Нумно отметить, что в исследованное узком микзово составов (0,3 * ¿•0,04) подобное допущение не приводило к существенному снижении точности расчетов. Во все:/, исслздолаааом спептрзлъном п температурном диапазоне расхождение siccacркменталзнк;; и расчетных значен;:;: Я, нз презирало догооашостг. ре^рактомотричосних

измерений, составлявшей не ху::;а 0,0003. Значения составов X в расчетах брались разними полученным методом ?c:.iÁ.

Величина приращения показателя преломления составляла до трех единиц третьего знака после занято;.. Таким образом, профиль состава здесь может быть эгхентлзно использован для создания осових градиентов показателя преломления.

При ^осстшюз.тзнпа иэоТшля состава твердого опстиорр. были использованы оталош;: чисты:; селении пикка, a зшмг гзодос растворы Zfli~%Ccfy&C- со значениями X , разными 0,06 к 0,16, аналогичные по составу использованным к методе РХ;Л. Для указанных материалов были зыполкипы яркмве измерения показателя прелом-лейся Л/J ) в спектральном диапазоне 3 =1*12 ;.::■:.:. По результатам этих Иомерен;-.:; били построены калибровочные зависимости показателя проломлены}; от состава твердого раствора Z/lj-xCck&lL, Хотя в шрокок диапазоне составов сазис:пость ft(x) здесь пмоэт выраг.иннкл в«глаке1лн1 характер, в назем случае относительно малого изменения состава X-í с,16 эысперимектальн.оя зависимость tifo) .Окла лннзпко::. Отылонокия от линейности длл всего исследованного спектрального диапазона нз превыдали елг ¡твоего измерении, составлявшей но xyjsj АЛ <6 0,0002. Далее з расчетах использовались зависимости лА), измеренные в области длин ьолн J¡ =2*8 мкм, отвечающей минимальным величина.! дисперсии ^^/bCt в исследуемых твердых растворах.

Пробили соотаза Л были восстановлены на основании полученных зависимостей Л-/х) и находились в хорошем качественном и количественном соответствии о таковыми, полученным;: методом роатгсноспокгральиого .макроанализа. Погрешность определения состава здесь определилась олибши изуароняй показателя лрэломле-нпя и составляла не хуле ¿IX =0,005 для всех исследованных образцов. Таким образом, метод призмы позволяет восстанавливать распределение состава твердого раствора с точ-

ностью на уровне метода РСК'А.

Кроме того, имело место хоромое количествечяэо соответствие лрагило;; покаоателя прело:.:ленля) хзме ¡мании экспериментально и рассчитанных но дчквш, полученным с помощью РСГ.1А. Такты образом, лспользолатшс! модельные ярадстйздгппи: л методика расчетов позволят' роалть обратную задачу восстановления профиля состава твердого раствора по заданному либо измеренному поохллю показателя преломления с точностью па уровне погрелностя рофрактомат-рлчес.-ак кгмзрзниЕ.

В Ч ~л П !1 •]

1. Емлолнопц исследования оптических характеристик в келе-гяразонвдо и легированных мококрлстлллах ге^лаядя и кремния. Определена при гашения показателей преломления в зависимости от кои-коятрада лаглрушдэй яржлзсд в длинноволновом диапазоне от 10 до 200 мки. Показана аномальная дисперсия показателя преломления, связанная с процессами доухрононяого гзаакодеиствал излучения с веществом. Полученные величины прлраценля показателей преломления показывает, что легирование мол.ет быть эйфе.ктнзно лепольоо-вако для создания осевых градиентов показателя преломления.

2. Исследование оптических характеристик монокристаллов к поллкристатлов селенида л сульфида цинка в длинноволновом диапазоне от 10 до КО тел. Доказано, что величины характеристических параметров не зависят от вида исследованных материалов. Вследствие отого создание в^пооцоссе зырадпзания материала градиентных сред в соединениях возмахно только при использовании многокомпонентных твердых р&огьороа.

3. В твердых растворах к аа основании выполненных измерений спектров отражения определены значения характеристических параметров л их зависимости от состава в длинноволновом диапазоне от 30 до 60 мкл. Показано, что в системе имеет /лесто смэданныл характер концентрационной перестройки бононнох'о спектра. Особенности ь спектрах отражения не окаоляаог суаостзелиогу влияния па гтча-пия собственч!:х олтичаекз актазнцх частот.

4. Несло цеаалие олтичеоко-; неоднородности в твердая растворах ¿ЙЛЛ^ЗЯсАз и показало, чул» ее величина в основном определиетея неоднэрэлюстьв соста?л и огравачгвае? д/.а-

пазон составов дая создания iоадиентных сред с практически значимыми профилями показателя преломления областями вблизи крайних значений К =0 п Х=1.

5. Разработана методики контроля профилей показателя преломления и состава твердых растворов Z^-j-^Cst.^ Ss. на основе ронт-геноспектральнсго микроанализа (PGü'O, а тахзе п разменной рефрактометрии. Показано, что оптическая методика обеспечивает реионие задачи восстановления профиля состава с точностью на хуке, чем в методе PGí.iA..

6. мсследозави пропили показателя преломления в тверда; растворах в спектрально:-,: .диапазоне от I до 12 :.;км, Определенц приращения показателя преломления в диапазоне составов К от 0 до 0,05. Показано, что кзкенечве концентрации

в процессе выращивания практически не влияем ка форму и геометрическую протяженность получаемых распределений состава. Полученные приращения показателя преломления иоказква'ог, что формирование профиля состава макет быть использовано для создания осезьсс градиентов покезателя дредокления.

' Список работ, опубликованных по теме диссезгацки:

I. Ильин С.Ю., Прокопенко В.Т., Яськов А.Д. Оптические постоянные герыанкя в дальней инфракрасной облает:: ерктра// Оптика й спектроскопия. - 1987. - Т.62,• вып.S. - C.I323-I326. .

' 2. йшш С.Ю., Яськов.А.Д, Показатели преломления германия л кремния в дальней инфракрасной области спектра. - Дел. в отраслевом справочяо-лкфоршционном фонде ЦНИИ "Электроника", Í5 Р-4699; Аннотация в к. Электронная техника. - Сер.6. - 1988. - вып. 3(282).

3. Белов H.H., Ильин С.Ю., Назарова H.A., Яськов А.Д. Этические постоянные пол1шуисталлических 'оптических материалов А^ и А2Е6 в длинноволновой области спектра =0,8*200 мы,;// Кристаллические оптические материалы. '- 7 Всес.совещ.: Сб.тоз.докл. - Л., 1989. - С.50-51. ,

4. Белов Н.П., Ильин С.Ю., Назарова H.A.,£оьков А.Д. Диэлектрическая проницаемость селенмда цинка//■Оптико-механичеокая промышленность. - I99L - ß'3. - C.SS-60.