Современная оптоэлектроника (стр. 1 из 9)
Оглавление
| 1 | Введение. | 3 |
| 2 | Литературный обзор. | 4 |
| 2.1 | Соединения со структурой силленита. | 4 |
| 2.1.1 | Структура германата висмута. | 4 |
| 2.2 | Некоторые физические свойства силленитов. | 6 |
| 2.3 | Подготовка поверхности и выбор подложки к эпитаксии. | 13 |
| 2.3.1 | Требования к материалу подложки. | 13 |
| 2.3.2 | Подготовка поверхности подложки к эпитаксии. | 14 |
| 2.4 | Получение плёнок соединений со структурой силленита. | 15 |
| 2.5 | Возможность получения плёнок силленита на силлените. | 18 |
| 2.6 | Влияние легирования на свойства монокристаллов силленита. | 19 |
| 2.6.1 | Оптические свойства. | 19 |
| 2.7 | Выводы из литературного обзора | 22 |
| 3 | Экспериментальная часть. | 23 |
| 3.1 | Цели и задачи работы | 23 |
| 3.2 | Характеристики исходных веществ. | 23 |
| 3.3 | Выбор материала тигля. | 23 |
| 3.4 | Оборудование. | 24 |
| 3.5 | Изготовление подложек из монокристаллов Bi12GeO20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. | 25 |
| 3.6 | Изготовление подложек из монокристаллов Bi12GeO20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. | 26 |
| 3.7 | Нанесения эпитаксиального слоя. | 26 |
| 3.8 | Определение влияния температуры на толщину эпитаксиального слоя. | 27 |
| 3.9 | Выявление микроструктуры эпитаксиальных плёнок. | 30 |
| 3.10 | Результаты работы и выводы. | 33 |
| 4 | Экономическая часть . | 34 |
| 4.1 | Технико - экономическое обоснование проведения дипломной работы. | 34 |
| 4.1.1 | Оценка себестоимости лазерного элемента на основе монокристаллической пленки (по данным полученным в результате НИР ) | 35 |
| 4.1.2 | Лазерная установка на основе обьемных монокристаллов: | 38 |
| 4.1.3 | Лазерная установка на основе пленочных лазеров: | 38 |
| 4.2 | Расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы. | 39 |
| 4.2.1 | Расчет затрат на реактивы, сырье, материалы. | 39 |
| 4.2.2 | Расчет энергетических затрат. | 39 |
| 4.2.3 | Расчет заработной платы. | 39 |
| 4.2.4 | Накладные расходы. | 40 |
| 4.2.5 | Расчет амортизационных отчислений. | 40 |
| 4.2.6 | Смета затрат на проведение исследования. | 41 |
| 5 | Охрана труда. | 42 |
| 5.1 | Введение | 42 |
| 5.1.1 | Характеристика применяемых реактивов и препаратов. | 42 |
| 5.1.2 | Категорирование лабораторного помещения | 43 |
| 5.1.3 | Классификация по ПУЭ. | 43 |
| 5.1.4 | Меры электробезопасности. | 43 |
| 5.1.5 | Производственная санитария. | 44 |
| 5.1.6 | Вентиляция. | 44 |
| 5.1.7 | Освещение. | 44 |
| 5.1.8 | Водоснабжение. | 45 |
| 5.1.9 | Режим личной безопасности. | 45 |
| 6 | Охрана окружающей среды от промышленных загрязнений. | 46 |
| 6.1 | ВВЕДЕНИЕ. | 46 |
| 6.2 | Экологическая характеристика темы работы. | 46 |
| 6.3 | Токсикологическая характеристика сырья, реагентов, промежуточных и конечных продуктов. | 47 |
| 6.4 | Переработка и обезвреживание твердых отходов. | 48 |
| 6.5 | Переработка и обезвреживание жидких отходов. | 48 |
| 6.6 | Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы . | 48 |
| 6.7 | Укрупненная оценка ущерба от загрязнения водоемов. | 50 |
| 6.8 | Выводы. | 51 |
| 7 | Cписок литературы. | 52 |
1 Введение.
Современная оптоэлектроника решает задачи, связанные с исследованием процессов обработки, передачи, хранения, воспроизведения информации и конструированием соответствующих функциональных систем. К числу важнейших элементов таких систем относятся оптические модуляторы, дефлекторы, дисплеи, элементы долговременной и оперативной памяти и др.
В оптических информационных системах перечисленные процессы реализуются путём взаимодействия световых пучков со средой. Это взаимодействие осуществляется с помощью соответствующих материалов, обладающих свойствами которые могут изменятся под воздействием света, механического воздействия, а так же под действием электрического и магнитного полей.
В настоящее время значительная часть радиоэлектронных приборов конструируется на основе монокристаллических элементов с определённой совокупностью физических свойств. Сложные кислородные соединения Bi силленитов типа (mBi2O3×nMexOy) вызывают большой интерес, являясь пьезоэлектриками, обладают электрооптическими и магнитооптическими свойствами, что в сочетании с фотопроводимостью выдвигает их в число перспективных материалов для создания электро- и магнитооптических модуляторов лазерного излучения, запоминающих устройств типа ПРОМ и т.д.
Наибольшую известность среди соединений этого класса приобрели силикаты и германаты висмута для которых разработана технология выращивания крупных монокристаллов и достаточно полно изучены физико-химические свойства и структура.
В последнее время вопросы создания оптоэлектронных элементов методами интегральной технологии становятся всё более насущными. В связи с вышеуказанными преимуществами силленитов в последние годы проводилось много исследований плёнок со структурой силленита, в которых отмечалась перспективность их использования в оптоэлектронике и пьезотехнике.
В связи с заметным влиянием природы структурообразующего иона на свойства позволяющем расширить области применения, а точнее замена р-элементов (Ge, [ ] ns2np2) в Bi12ЭO20 ионами переходных металлов, имеющих неспаренные 3dn-электроны приобретаются новые свойства (изменения окраски, расширение области пропускания в длинноволновой части спектра)
Данная работа посвящена выращиванию плёнок силленитов (в частности Bi12GeO20 легированного Cr2O3) на подложках Bi12GeO20 и изучению некоторых их свойств.
2 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
2.1 Соединения со структурой силленита.
Кристаллы со структурой силленита относятся к пентагонтритетраэдрическому классу I 23 кубической сингонии и принадлежит к пространственной группе T3(I23) [1,2].
Sillen обнаружил, что при взаимодействия Bi2O3 с оксидами Si, Ge, Al, Fe, Zn, Pb и др., образуется объёмоцентрированная кубическая фаза [3,4] с элементарной ячейкой содержащей две формульные единицы.
Позднее более тщательные исследования [5] показали, что соединения со структурой силленита образуются при взаимодействии g-Bi2O3 с оксидами элементов, способных иметь четверную координацию по кислороду.
Параметр элементарной ячейки объёмоцентрированной кубической g-Bi2O3 а=10,245 ± 0,001 Å, а измеренная гидростатическая плотность составляет 9,239 г/см3 [1].
2.1.1 Структура германата висмута.
Атомы кислорода О(3) расположены на главных диагоналях элементарной ячейки вокруг Ge, образуя правильный тетраэдр, на что было обращено внимание в работах [6-8] (рис. 1.1.1.).
На одинаковом расстоянии от каждого атома кислорода О(3) (2,640 Å) расположены три атома висмута. Вi . В кристаллах Bi12GeO20 атомы кислорода связаны с атомами висмута и германия ионно - ковалентными связями из-за значительно большей электроотрицательности атома кислорода.
Каждый атом висмута окружен семью атомами кислорода, расположенными на разных расстояниях от него и представляющих собой искажённый полиэдр (рис. 1.1.2.).
 |
Рис. 1.1.1. Расположение тетраэдров [GeO4] в элементарной ячейке германосилленита [2].
Рис.1.1.2. Строение полиэдра [BiO7].
По мнению [6] ион висмута образует пять ионно – ковалентных связей с ионами кислорода (O(2), O(3), O(1a), O(1b), O(1c)), которые принадлежат одной с ним примитивной ячейке, и смещён на 0,197 Å по отношению к центру плоскости, образованной четырьмя атомами кислорода. Два других атома кислорода (О(1d) и О(1e)) принадлежат соседним примитивным ячейкам и удалены на расстояние 3,08 и 3,17 Å, что вызвало сомнения в отношении характера связи. Каждый [BiO7] окружён девятью подобными комплексами, расположенными таким образом, что образуются винтовые оси [6].
Модель элементарной ячейки Bi12GeO20 была предложена в работе [2]. Эта модель помогла рассмотреть свойства этих соединений с точки зрения их кристаллической структуры.
2.2 Некоторые физические свойства силленитов.
Монокристаллы со структурой силленита, в основном, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к электрооптическим и магнитным кристаллам:
- Высокие прочностные характеристики;
- Достаточная твёрдость;
- Нерастворимость в воде;
- Негигроскопичность;
- Хорошие диэлектрические характеристики в сильных полях.
Кроме того, они принадлежат к кубической сингонии [9-12].
Диаграмы состояний приведены на рис.1.2.1. и 1.2.2..
 |
Свойства Таблица 1.2.2.
Примеры использования кристаллов силленитов в различных приборах и свойства, благодаря которым возможно это использование.