14.577.21.0218

Создание импортозамещающих технологий получения высокочистых теллура, оксида теллура (IV), оксида бора (III), включая контролируемую концентрацию собственных и примесных точечных дефектов для выращивания высококачественных монокристаллов TeO2 и бета-BaB2O4 с рекордными функциональными характеристиками. Создание научно-технического задела на организацию производства и разработку ТУ на теллур, оксид теллура (IV), оксид бора (III) «особой чистоты» для материалов, используемых при разработке СВЧ технологий и технологий фотоники.

В современной силовой фотонике и СВЧ электронике существует ряд проблем, связанных с созданием материалов, стойких к излучениям высокой мощности. Одно из ключевых требований к таким материалам заключается в использование монокристаллов с минимальными потерями в необходимом диапазоне электромагнитных и акустических волн.
Известно, что в кристаллических материалах наличие примесей, как инородных (легирующих), так и собственных (нестехиометрических) приводит к образованию дефектов в кристаллической решетке. Для повышения качества кристаллов необходимо снижение концентраций примесей.
Высокочистый Те является сырьем для получения одного из самых актуальных акустооптических материалов – парателлурита (ТеО2), на базе которого изготавливают перестраиваемые фильтры, дефлекторы, модуляторы. Минимальные требования по чистоте составляют 99,999 мас.%.
На сегодняшний день нелинейно оптические кристаллы бета-BaB2O4 являются наилучшими преобразователями для получения УФ излучения (< 200 нм). Лучшие по качеству кристаллы получают выращиванием из раствора в расплаве. Данный процесс очень чувствителен к наличию примесей. Их концентрация должна не превышать 10-4 мас.%. В первую очередь это относится к В2О3.
Также высокочистый В2О3 с низком содержанием остаточной воды широко используется в технологиях выращивания кристаллов GaAs в качестве флюса. При этом чистота В2О3 должны быть > 99,9999 мас.%, а содержание остаточной воды < 5 10-2 мас.%.
Разработка технологии материалов с указанной высокой степенью чистоты на сегодняшний день стала возможной благодаря современным методам анализа ИСП-МС, ВИМС, а также благодаря современным конструкционным материалам высокой чистоты и химической инертности.

Основная идея при разработке технологий высокочистых теллура, диоксида теллура и безводного борного ангидрида заключается в использовании

-минимального количества стадий технологического процесса очистки,

-минимального количества реагентов,

-максимальная примесная чистота конструкционных материалов.

При проведении разработки планируется использовать сочетания современных высокочувствительных методов примесного анализа - масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (масс-спектрометр NexION 300D с пределами обнаружения до 10-12 г/г) и вторично-ионную масс-спектрометрию (масс-спектрометр MiniSIMS), позволяющий определять газообразующие примеси типа, Н, О, N, С, галогены и инертные растворенные газы. Также в процессе разработки будут использованы методы структурного анализа (СЭМ, РФА), спектрально-люминесцентные методы (спектрофлуориметр Fluorolog FL-22, ИК-фурье спектрофотометр  Tensor-27).

При реализации проекта основные усилия будут направлены на создания вакуумных технологических решений (сублимационные и дистилляционные методы), которые обеспечивают минимальное загрязнение окружающей среды и реализуются при максимальной чистоте окружающей атмосферы.

В качестве исходных веществ для получения высокочистых препаратов будут выбраны доступные на отечественным рынке (преимущественно  произведенные на отечественных предприятиях) реактивы, которые будут в достаточном количестве производится в долгосрочной перспективе. 

На первом этапе работы проведены исследования рынка исходных препаратов. Произведена оценка их  примесной чистоты, выбраны наиболее перспективные исходные вещества и схемы их очистки. 

В результате проведения работ на первом этапе ПНИЭР

-  Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР

- Обоснован выбор направлений исследований по выбору сырья и способам получения из него высокочистых целевых продуктов.

- Определено содержание основного вещества и примесей в коммерческих препаратах теллура, оксида теллура (IV), оксида бора (III) и борной кислоты как исходного сырья для получения высокочистого оксида бора (III) от различных производителей

- Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.

- Разработан комплект эскизной КД на вакуумную систему с микропроцессорным управлением температурой и газовой атмосферой в лабораторном реакторе с оснасткой из высокочистого графита для получения высокочистого теллура

- Изготовлен макет вакуумной системы с микропроцессорным управлением температурой и газовой атмосферой в лабораторном реакторе с оснасткой из высокочистого графита для получения высокочистого теллура

- Организовано рабочее место для вскрытия проб высокочистых препаратов площадью 36 кв.м, соответствующее требованиям по чистоте ИСО-6

- Выращены монокристаллы бората бария с использованием коммерческих препаратов оксида бора (III) максимально возможной чистоты от  различных производителей

- Изготовлены нелинейно-оптические элементы бората бария из кристаллов, выращенных с использованием коммерческих препаратов оксида бора (III) максимально возможной чистоты от  различных производителей

- Разработана методика определения концентраций примесей в  кристаллах бората бария, выращенных с использованием коммерческого оксида бора (III) и высокочистого оксида бора (III), изготовленного на лабораторной установке

- Проведено исследование примесной чистоты кристаллов бората бария, выращенных с использованием коммерческого оксида бора (III)

Создание отечественной компонентной базы высокочистых материалов для выращивания монокристаллов для фотоники и СВЧ электроники позволит создавать изделия с улучшенными функциональными характеристиками, в частности, повышенной лучевой стойкостью, расширенным спектральным диапазоном частот, улучшенной разрешающей способностью. Такие результаты станут возможны благодаря существенному снижению атомарных точечных дефектных в материалах. Обусловленных как инородными, так и собственными примесями (дефектами нестехиометрии).
Результаты данной работы позволят предприятиям РФ избавиться от импортозависимости в области высокочистых исходных материалов и проводить разработки, опираясь на тесное сотрудничество с отечественными предприятиями-производителями высокочистых веществ на долговременной основе.
В результате работы будут разработаны не только лабораторные технологии высокочистых Te, TeO2, B2O3, но также и соответствующие методики контроля примесных элементов на уровне 10-6-10-8 мас.%.