Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения крупногабаритных кристаллов германия для фотоники и электронных приборов с низкой концентрацией нано- и микроразмерных дефектов

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
германий, монокристаллы,инфракрасная оптика, дефекты структуры, кислородные облака, точечные дефекты, дислокации, малоугловые границы, рассеяние, поглощение.

Цель проекта:
Инфракрасная техника, оптоэлектронная промышленность, солнечная энергетика требуют высококачественных монокристаллов германия для их применения в качестве оптических и акустооптических элементов и как материала для фотопреобразователей на основе гетероструктур. Проектом предусматривается детальное изучение широкого спектра научных вопросов, технических и технологических задач и приемов, совокупность которых в конечном итоге должна привести к разработке технологии выращивания совершенных крупногабаритных монокристаллов германия для оптического и акустооптического применения методами Чохральского и направленной кристаллизации (диаметр кристаллов до 300 мм) и к разработке технологии выращивания крупногабаритных монокристаллов германия методом Чохральского с низкой концентрацией нано- и микроразмерных дефектов для изготовления на их основе подложек для высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей (диаметр кристаллов до 150 мм).

Основные планируемые результаты проекта:
Работа направлена на разработку технологии выращивания совершенных крупногабаритных монокристаллов германия для оптического и акустооптического применения методами Чохральского и направленной кристаллизации (диаметр кристаллов до 300 мм), а также на разработку технологии выращивания крупногабаритных монокристаллов германия методом Чохральского с низкой концентрацией нано- и микроразмерных дефектов для изготовления на их основе подложек для высокоэффективных фотоэлектрических преобразователей (диаметр кристаллов до 150 мм).
Основные характеристики экспериментальных образцов крупногабаритных монокристаллов германия с низкой концентрацией нано- и микроразмерных дефектов монокристаллов германия для оптического применения:
диаметр кристалла - до 300 мм;
коэффициент ослабления на длине волны 10,6 мкм при температуре 293 К, не более 0,017 /см;
коэффициент ослабления на длине волны 10,6 мкм при температуре 333 К, не более 0,09 /см;
коэффициент ослабления на длине волны 10,6 мкм при температуре 343 К, не более 0,15 /см;
коэффициент ослабления на длине волны 2,5 мкм при температуре 293 К, не более 0,017 /см;
коэффициент ослабления на длине волны 2,5 мкм при температуре 343 К, не более 0,09 ,см;
коэффициент пропускания на длине волны 10,6 мкм при температуре 293 К, (толщина 10 мм), не менее 0,465
коэффициент пропускания на длине волны 10,6 мкм при температуре 333 К, (толщина 10 мм), не менее 0,42
коэффициент пропускания на длине волны 10,6 мкм при температуре 343 К, (толщина 10 мм), не менее 0,39
коэффициент пропускания на длине волны 2,5 мкм при температуре 293 К, (толщина 10 мм), не менее 0,46
коэффициент пропускания на длине волны 2,5 мкм при температуре 343 К, (толщина 10 мм), не менее 0,42
удельное электросопротивление 0,5 – 45, 0 Ом∙см

Основные характеристики экспериментальных образцов крупногабаритных монокристаллов германия для изготовления подложек фотоэлектрических преобразователей:
кристаллографическая ориентация (100);
плотность дислокаций, не более 250 /кв.см;
наличие малоугловых границ (МУГ) - отсутствуют;
примеси: Ga, Sb;
тип проводимости - p, n;
диаметр кристалла, до 150 мм.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемые технологии должны обеспечить получение совершенных монокристаллов германия для оптики и для подложек фотоэлектрических преобразователей. Итогом будут являться оптические приборы высокого качества и высокий уровень фотопреобразования солнечной энергии.
Созданы новые способы получения и контроля свойств монокристаллов:
Изобретение, заявка на патент № 2015121076 от 03.06.2015 г., «Способ определения оптической однородности в прозрачных материалах», РФ.
Изобретение, патент России № 2565701 от 21.09.2015 г. (Заявка на патент № 2014148707; приоритет 03.12.2014 г.) «Способ получения кристаллов германия», РФ.
Изобретение, заявка на патент № 2015140059 от 22.09.2015. «Способ определения плотности дислокаций в монокристаллах германия методом профилометрии», РФ.
Изобретение, заявка на патент 12.2015. «Способ получения кристаллов германия», РФ (в процессе подачи).
Результаты исследовательской работы опубликованы в российских и зарубежных изданиях, индексируемых в базах WOS и Scopus (7 единиц в 2015 году).
Разработки соответствуют мировому уровню. В Российской Федерации основной производитель германия - ООО "Германий и приложения" является индустриальным партнером по исполнению проекта.
Основные пути и способы достижения заявленных результатов включают технологические работы по получению монокристаллов и исследовательские работы, связанные с изучением свойств монокристаллов. Подходы и методы, предлагаемые в исследованиях, могут привести к получению новых научных результатов. При реализации проекта прогнозируется решение не только прикладных научных задач, но и заметное продвижение в решении целого ряда фундаментальных вопросов, относящихся к оптике, теории рассеяния, кристаллофизике и теории роста кристаллов.
Риски проекта:
1. Сложность взаимодействия с ИП:
- у бизнеса свои правила;
- ИП не связан финансовыми обязательствами с Минобрнауки;
- отказ взаимодействия по причине по причине смены приоритетов работы.
2. Сложность в прогнозировании рынка сырья: сырье в основном импортное.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения планируемых результатов: а) инфракрасная техника: оптические изделия проходной оптики (линзы, окна), изделия акустооптики - акустооптические модуляторы для инфракрасного диапазона; б) солнечная энергетика - подложки для изготовления высокоэффективных фотопреобразователей с использованием гетероструктур.
Подходы и методы, предлагаемые в исследованиях, могут привести к получению новых научных результатов. При реализации проекта прогнозируется решение не только прикладных научных задач, но и заметное продвижение в решении целого ряда фундаментальных вопросов, относящихся к оптике, теории рассеяния, кристаллофизике и теории роста кристаллов.
Практическое внедрение результатов исследований планируется на промышленной площадке индустриального партнера (ООО "Германий и приложения"), а также на собственной технологической базе Тверского государственного университета.
Монокристаллический германий частично закупается у зарубежных фирм, а производство монокристаллов германия для изготовления подложек фотоэлектрических преобразователей в Российской Федерации не налажено. Разрабатываемые технологии позволят заместить на российских рынках импортную продукцию, снизить себестоимость производства. Разрабатываемые технологии позволят повысить производительность труда, обеспечить снижение потерь материала и снижение энергозатрат на производство.

Текущие результаты проекта:
Разработаны технологические инструкции для получения методами Чохральского и направленной кристаллизации исследовательских партий крупногабаритных монокристаллов германия для применения в оптике и акустооптике, а также технологическая инструкция для получения исследовательской партии крупногабаритных монокристаллов германия для применения в качестве подложек фотоэлектрических преобразователей.
Получена способом Чохральского партия крупногабаритных монокристаллов германия, из которых изготовлены образцы для исследования оптических характеристик материала.
Разработаны теоретические основы физических процессов, протекающих при взаимодействии света с поверхностью и объемом оптических материалов для применения монокристаллов германия в качестве оптических элементов и в качестве подложек фотоэлектрических преобразователей; разработаны математические модели, отражающие данные процессы.
Разработаны программы и методики исследований исследовательской партии крупногабаритных монокристаллов германия для применения в оптике и акустооптике, а также в качестве подложек фотоэлектрических преобразователей.
Разработаны лабораторные технологические регламенты для изготовления экспериментальных образцов крупногабаритных монокристаллов германия для оптического и акустооптического применения с низкой концентрацией нано- и микроразмерных дефектов, полученных способом Чохральского и способом направленной кристаллизации, а также разработан лабораторный технологический регламент для изготовления экспериментальных образцов крупногабаритных монокристаллов германия для подложек фотоэлектрических преобразователей с низкой концентрацией нано- и микроразмерных дефектов, полученных способом Чохральского.
Получены исследовательские партии крупногабаритных монокристаллов германия для оптического и акустооптического применения для исследования оптических, структурных и теплофизических характеристик с применением способа Чохральского и способа направленной кристаллизации, а также для применения в качестве подложек фотоэлектрических преобразователей с применением способа Чохральского.
Изготовлены образцы для исследований оптических характеристик, структурных характеристик, теплофизических характеристик из исследовательских партий крупногабаритных монокристаллов германия.
Разрабатываемые технологии должны обеспечить получение совершенных монокристаллов германия для оптики и для подложек фотоэлектрических преобразователей. Итогом будут являться оптические приборы высокого качества и солнечные элементы с высоким уровнем фотопреобразования солнечной энергии.