Диссертация: Влияние кристаллографической ориентации и примесного состава на оптические, диэлектрические и теплофизические характеристики кристаллов германия и парателлурита

Кристаллы германия и парателлурита являются широко востребованными в промышленности, в науке (фундаментальные и прикладные разработки) и технике.

На качество инфракрасных оптических систем на основе германия, используемых для формирования и передачи изображений, существенное влияние оказывают такие свойства кристаллов, как ослабление и рассеяние излучения, а также оптическая однородность (которая оценивается по величине изменения показателя преломления по объему оптического элемента). Рассеяние излучения и повышенная неоднородность показателя преломления приводят к размытию изображения и снижению качества изображения, формируемого изготовленными на основе кристаллов объективами ИК систем.

В последние годы интерес к германию усилился (активировался) в связи с развитием глобальных спутниковых сетей, в частности для бортового питания спутников требуются радиационностойкие фотоэлектрические преобразователи
(ФЭП) с высоким к.п.д.; наиболее эффективные ФЭП с к.п.д. до 40% изготавливают на германиевых подложках диаметром 100 мм. Необходимые параметры кристаллов – низкая плотность дислокаций (менее 250 см-2), отсутствие дислокационных дефектов. Актуальными являются вопросы получения кристаллов германия таких размеров с высоким структурным совершенством.

Наиболее востребованным для создания приборов и устройств акустооптики является парателлурит. Монокристаллы парателлурита – тетрагональной модификации диоксида теллура (α-ТеО2 ) – обладают рядом уникальных для диэлектриков свойств. Кристаллы имеют широкий диапазон прозрачности (0,35–6,0 мкм) без заметных полос поглощения, практически нерастворимы в воде, имеют невысокую твердость, легко обрабатываются. В силу принадлежности к тетрагональной сингонии кристаллы парателлурита обладают двулучепреломлением, причем достаточно большим, что позволяет использовать их в акустооптических электронно-перестраиваемых фильтрах и акустооптических дисперсионных линиях задержки. Высокие значения показателей преломления (2,4–2,6) обыкновенного и необыкновенного лучей в сочетании с уникально малыми для твердых тел скоростями распространения ультразвука в направлении [110] обеспечивают парателлуриту необычно большое значение коэффициента акустооптического качества М2, что и определяет его главное техническое преимущество перед другими акустооптическими материалами.

Особенности технологического и климатического использования приборов на основе германия и парателлурита, а также работа в качестве активных элементов акустооптических устройств и использование в виде изделий про-
ходной оптики могут предполагать нагрев оптических элементов с возникновением в них температурных градиентов. С учетом теплофизических характеристик материалов возможно как подбирать кристаллы, оптимальные для конкретного использования, так и конструировать систему теплоохлаждающих элементов в приборах и устройствах.

Повышение требований к оптическим системам определяет и соответствующий уровень требований к качеству германия и парателлурита, что делает исследования свойств, а также контроль характеристик кристаллов актуальной
задачей. Несмотря на относительно высокую проработку оптических характеристик кристаллов германия и парателлурита, информация о диэлектрических и тепловых свойствах монокристаллов парателлурита ограничена, а тепловые свойства германия недостаточно отражены в научно-технических источниках.

Актуальной является оценка применимости методов исследования и методов контроля характеристик, в частности, оптической однородности, а также разработка критериев отбора материала для изготовления оптических элементов.
Особенно это важно для кристаллов больших диаметров, так как теоретическое прогнозирование их свойств, как правило, проблематично.

Высокие характеристики обоих видов кристаллов актуальны для таких областей, как оптика, лазерная техника, оптоэлектроника, акустооптика и фото-электроника, в которых в качестве материала активных или пассивных элементов устройств должны использоваться германий и парателлурит.