Dans le système optique infrarouge, le germanium enduitTranche de fenêtreEn raison de ses excellentes propriétés de transmission d'ondes et de sa stabilité mécanique, il est largement utilisé dans l'aérospatiale, l'instrumentation de précision et la transmission laser haute puissance. En tant que matériau de base principal, le choix du germanium monocristallin affecte directement l'efficacité optique et la fiabilité du dispositif. Cet article examine en profondeur la valeur clé du germanium monocristallin en tant que substrat de feuille de fenêtre en Germanium revêtu à partir des caractéristiques du matériau, du processus de préparation et des avantages de l'application.
I. caractéristiques physico - chimiques de base du germanium monocristallin
1. Transmission spectrale large
Le Germanium monocristallin a une perméabilité de plus de 95% dans la bande infrarouge lointain de 2 à 14 μm et une erreur d'uniformité de l'indice de réfraction inférieure à ± 00005, ce qui peut réduire efficacement les pertes de diffusion de la lumière. Sa largeur de bande interdite (0,67 EV) en fait l'un des rares matériaux semi - conducteurs de cette bande à fonctionner sans réfrigération.
2. Stabilité thermique
Le point de fusion atteint 938,25 ℃, le coefficient de dilatation thermique est de 6,1 × 10 ⁻⁶ / ℃ (25 ℃), peut encore maintenir la stabilité dimensionnelle dans la plage de température spéciale de - 200 ~ + 150 ℃. La caractéristique de faible conductivité thermique (68 W / (m·k)) contribue à réduire l'effet de lentille thermique sous l'action d'un laser de forte puissance.
3. Propriétés de traitement mécanique
7,5 sur l'échelle de Mohs, proche du verre de quartz, mais plus résistant à la rupture. Grâce au procédé de découpe et de polissage au diamant, il est possible d'obtenir des plans ultra - lisses avec une rugosité de surface ra < 0,5 nm, répondant aux besoins de fixation des films perméables tels que les multicouches ZnS / y₂o₃.
II. Croissance cristalline et technologie de contrôle des défauts
1. Méthode Czochralski pour purifier
Utilisant des matières premières de germanium polycristallin de haute pureté (≥ 99999%), des tiges monocristallines de diamètre φ50 ~ 100mm sont cultivées par la méthode de traction directe. La concentration de dopage est contrôlée avec précision au niveau ppb, assurant une concentration de porteurs < 1 × 10¹³cm⁻³et évitant l'atténuation infrarouge due à l'absorption de porteurs libres.
2. Optimisation de la densité de dislocation
L'introduction de la technologie ACCR (Crucible ACCR) a permis de réduire le gradient de température radial du cristal à < 0,5 °C / CM, réduisant la densité de dislocations de 10 ⁴ / cm² à < 10 ⁴ / cm² selon les procédés traditionnels. L'intégrité du treillis peut atteindre 99,9% grâce à la topographie aux rayons X.
3. Innovation dans le traitement de surface
Le polissage mécano - chimique (CMP) combiné à une couche de passivation par dépôt de couche atomique (ALD) peut contrôler la profondeur de la couche endommagée subsuperficielle à moins de 50 nm. Le nettoyage plasma ultérieur élimine les matières organiques résiduelles et augmente la force de liaison de la couche de membrane à > 50 MPa.
Iii. Analyse comparative des scénarios d'application typiques
| Domaines d'application | exigences techniques | Avantage de germanium monocristallin incarné |
| Fenêtre infrarouge pour vaisseau spatial | Résistance aux radiations, faible distorsion thermique | Résistance aux rayons gamma jusqu'à 1mrad, précision faciale PV < λ / 10 |
| Fenêtre de sortie laser co₂ | Seuil de dommage élevé (> 10J / cm²) | Diffusion sans joints de grains, augmentation continue de la température de fonctionnement < 2 ℃ |
| Filtre Térahertz | Transmission large bande (0,1 ~ 3thz) | Constante diélectrique partie réelle ε = 16,3, partie imaginaire < 0001 |
Iv. Tendances futures du développement
Avec la demande croissante de matériaux transparents ultraviolets profonds pour la lithographie ultraviolette extrême, le germanium monocristallin modifié par le fluorure (co - dopage Ge - f) devrait dépasser la limite de longueur d'onde de 193 nm. Dans le même temps, la structure supertreillis contraint, basée sur la technologie MBE (Molecular Beam Epitaxy), pousse le germanium monocristallin vers une intégration multifonctionnelle.