Si оптика

Компания «МакроОптика» изготавливает большую номенклатуру Si оптики для различных приложений в оптическом диапазоне 3-5 мкм и 20 мкм: защитные стекла, пластины, линзы, обтекатели, зеркала, лазерная оптика, в том числе и для высококачественных изображающих систем.

На нашем производстве запущена новая установка по выращиванию оптического Кремния Si, позволяя выращивать материал диаметром до 300 мм:

  • Кремний оптический, выращенный методом Чохральского (OCz-Si),
  • Кремний оптический, выращенный методом зонной плавки (FZ-Si),
  • Кремний высокоомный оптический, выращенный методом зонной плавки (HRFZ-Si).

Кремний имеет высокую теплопроводность и низкую плотность. Бездислокационный монокристаллический Кремний Si на нашем производстве выращивается методом Чохральского со специальными возможностями к содержанию некоторых примесей, а также к среднему значению и радиальной однородности удельного электросопротивления и содержит некоторое количество кислорода, который вызывает полосу поглощения в диапазоне 9 мкм.  За счет гораздо меньшей концентрации кислорода (1016 см-3 вместо порядка 1018 см-3 в кремнии, выращенном методом Чохральского) кремний, выращенный методом зонной плавки, не имеет кислородных пиков и может использоваться для более критичных применений.

Для избежание этого, наши технологи могут выращивать Кремний Si методом зонной плавки, т.к. Кремний является слабо легированным материалом (удельное сопротивление 5-40 Ом-см), и это обеспечивает лучшую прозрачность в диапазоне выше 10 мкм. Высокоомный Кремний имеет длинноволновую полосу пропускания в диапазоне 30-100 мкм.

В процессе производства Кремния для ИК-систем, после выращивания каждой були Кремния Si, от нижнего и верхнего торца каждого слитка отрезаются контрольные пластины Si, которые проходят анализ общего пропускания, рассеяния и однородности показателя преломления.

Выбор оптического материала Кремний зависит от рабочего диапазона длин волн, толщины элемента и специфики применения. Мы используем кристаллы соответствующего типа (в зависимости от технологии изготовления, типа проводимости и сопротивления), чтобы достичь наилучшего пропускания в требуемой области спектра. Пропускание не зависит от ориентации кристалла, так как кремний, имея кубическую симметрию, является изотропным кристаллом.

В диапазоне от 3 до 5 микрон отсутствует разница в пропускании материалов всех используемых градаций и сопротивлений. Все типы материалов имеют фононные пики абсорбции, обусловленные решеточным поглощением в диапазоне от 6.5 до 25 микрон. Кремний, выращенный методом Чохральского, имеет пики на длинах волн 5.8, 9.1 и 19.4 микрон, индуцированные кислородным поглощением. 

Решёточное поглощение  также как и кислородное поглощение, зависит от оптического от толщины оптического элемента и не зависит от сопротивления. Таким образом, толщина элемента является достаточно критичным параметром в диапазоне 6-25 микрон.

В диапазоне от 3 до 6.5 мкм зависимость пропускания от толщины незначительна. Для больших длин волн поглощение становится существенным, и пропускание сильно зависит от толщины оптических деталей. Для образца кремния, выращенного методом Чохральского, толщиной 5 мм среднее пропускание в диапазоне 8-10 микрон меньше 32% (для кремния,  выращенного методом зонной плавки,  около 38%) и только 18% в диапазоне 10-14 микрон (одинаково для кремния, выращенного методом зонной плавки и методом Чохральского).

Кремниевые окна толщиной менее, либо около 1 мм могут быть успешно использованы во втором «атмосферном окне» от 7 до 14 микрон. В этом диапазоне среднее пропускание окна из кремния, выращенного методом Чохральского, с толщиной 0.5 мм превышает 51% и для кремния, выращенного методом зонной плавки, оно немного выше (около 51.9%) из-за отсутствия кислородной линии поглощения.