Влияние дислокаций на рассеяние ИК излучения в кристаллах германия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ДОЛМАТОВ Андрей Борисович

ВЛИЯНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ НА РАССЕЯНИЕ ИК ИЗЛУЧЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ ГЕРМАНИЯ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Тверь-2005

Работа выполнена на кафедре прикладной физики Тверского государственного университета.

Научный руководитель: Научный консультант Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат физико-математических наук, доцент Каплунов И.А.

доктор технических наук, профессор Смирнов Ю.М.

доктор физико-математических наук, профессор Брызгалов А.Н.

кандидат физико-математических наук, доцент Пастушенков А.Г.

Тверской государственный технический университет

.ее

Защита состоится /¿££££¿^1/2005 г. в ■/^ часов на заседании диссертационного совета К 212.263.04 в Тверском государственном университете по адресу: 170002, г. Тверь, Садовый пер., 35.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТвГУ.

Автореферат разослан 005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ляхова М.Б.

200bA 151H

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Кристаллический германий (моно- и поликристаллы) широко применяется в качестве оптического материала для линз и входных окон тепловизионных систем инфракрасной (ИК) техники. Функции этих систем включают регистрацию и обнаружение объектов, сбор информации, аэро- и космическую навигацию, теплопеленгацию и т.д. Преимуществом систем тепловидения по сравнению с другими пассивными электронно-оптическими системами является их способность работать в любое время суток в неблагоприятных погодных условиях. Для эффективного применения приборов тепловидения требуются оптически совершенные образцы с минимальными световыми потерями, минимальным рассеянием ИК излучения и максимальной оптической однородностью, работающие в диапазоне длин волн 2,5-14 мкм.

Применение германия для изготовления оптических элементов инфракрасной техники обусловливает необходимость детального изучения влияния на оптические свойства, в частности, на рассеяние, дефектов кристаллической решетки материала (прежде всего дислокаций и малоугловых границ), а также внутренних напряжений в кристаллах. Рассеяние ИК излучения в германии является причиной уменьшения контраста изображения и может приводить к существенному ослаблению светового потока. Кроме того, для высококачественных монокристаллов германия величина рассеяния в области прозрачности сопоставима с поглощением, а для коротковолновых участков диапазонов прозрачности -вблизи краев фундаментального поглощения - даже может превосходить поглощение. Дислокационные дефекты типа малоугловых границ значительно снижают структурное совершенство монокристаллов, что делает невозможным еще одно важное применение германия - изготовление на его основе подложек радиационностойких фотоэлектрических преобразователей, где необходимы кристаллы с минимумом линейных дефектов структуры.

Состояние проблемы. Несмотря на существенные успехи в области получения кристаллического германия для ИК техники, остается ряд неизученных или недостаточно рассмотренных вопросов.

Изучением протяженных дефектов, в частности дислокаций, в полупроводниках занимались интенсивно и плодотворно в 60-80 годах прошедшего столетия, опубликовано значительное число работ. На этом этапе были установлены основные свойства "чистых" дислокаций (т.е. дислокаций, почти не содержащих атомов примесей). Обнаружили, что в Si и Ge с бездефектными, прямолинейными отрезками дислокаций связаны одномерные электронные зоны, ответственные за ряд интересных физических эффектов. Фактически научились получать бездислокационный кремний и избегать генерации дислокаций в процесс* . Новая

волна интереса к дислокациям определяется несколькими причинами, основные из них: в ряде случаев дислокации в кристаллах необходимы; материал с наличием дефектов (в том числе и дислокациями) может быть существенно более дешевым в производстве, обладая относительно высокими техническими параметрами (свойствами).

Ранее проведенные теоретические разработки не смогли достаточным образом описать реальную дислокационную структуру монокристаллов: нет однозначной количественной связи напряжений и плотности дислокаций, не достаточно определена взаимосвязь влияния осевого и радиального температурных градиентов на дислокационную структуру, почти не рассмотрено влияние температурной обработки на дислокации и дислокационные дефекты. Кроме того, образование и регулирование дислокационной структуры изучалось в основном для одного метода выращивания кристаллов - метода Чохральского. Создание новых технологий и совершенствование известных привело к существенному повышению структурного качества кристаллов, увеличению размеров выращиваемых критсталлов. Возникают новые применения материала с новыми свойствами. Все в целом ставит проблему изучения дислокаций и дислокационной структуры, их влияния на свойства германия на новый уровень.

Оптические свойства германия - обычно пропускание в ИК диапазоне -оценивают по величине коэффициента ослабления с использованием спектрофотометрических методов. При этом таким важным показателем, как рассеяние, обычно пренебрегают, считая его сравнительно малым. Экспериментальных данных по рассеянию в германии крайне мало; нет сведений о влиянии на интенсивность рассеяния типичных для германия дефектов: дислокаций, малоугловых границ и линий скольжения, скоплений примеси и т.д. Теория рассеяния света в кристаллах полупроводников по существу практически отсутствует.

Цель работы. Целью данной работы являлось исследование условий возникновения термоупругих напряжений, дислокаций и дислокационных дефектов в монокристаллах германия и их влияния на рассеяние инфракрасного излучения кристаллами германия, применяемыми в ИК оптике. В связи с этим были поставлены следующие основные задачи: анализ условий возникновения термоупругих напряжений в монокристаллах, расчет термоупругих напряжений в монокристаллах германия, имеющих форму диска;

исследование дислокационной структуры и влияние высокотемпературного отжига на дислокационную структуру монокристаллов германия, применяемых в ИК оптике;

разностороннее изучение причин возникновения рассеяния лучистой энергии в германии р определении условий снижения этого показателя.

Объект исследований и методика эксперимента. Объектом исследования являлся кристаллический германий (моно- и поликристаллы) применяемый в качестве заготовок для изготовления оптических деталей для инфракрасной техники. Кристаллы получали методами Чохральского, Степанова и методом направленной кристаллизации (разработанным в ТвГУ). Исследовались также монокристаллы германия, выращенные модифицированным методом Степанова, полученные на Запорожском титано-магниевом комбинате (Украина).

При выполнении работы использовались: методики выявления дислокаций путем селективного химического травления; определения величины плотности дислокаций и дислокационной структуры на оптическом микроскопе; методика определения удельного сопротивления германия четырехзондовым методом; методики определения величины рассеяния спектрофотометрическим методом и методом с использованием фотометрического шара; метод Дебая-Шеррера для проведения рентгеноструктурных исследований монокристаллического германия. Изучение рассеяния с использованием фотометрического шара проводилось в лаборатории ВЕЩ ТОЙ им. С.И.Вавилова" (г .С.-Петербург); рентгеноструктурные исследования - на кафедре магнетизма ТвГУ.

Научная новизна. В результате исследований получены следующие новые научные результаты:

1. Для кристаллов германия, выращиваемых в форме диска методом направленной кристаллизации, получены теоретические зависимости термоупругих напряжений, возникающих при выращивании слитков; экспериментально исследована дислокационная структура крупногабаритных монокристаллов, удовлетворительно коррелирующая с распределением термоупругих напряжений.

2. Обнаружено проявление дислокационного течения в германии (в диапазоне температур 900-920°С), проявляющееся в виде "треков", ориентированных в направлении температурного градиента. Показана зависимость движения дислокаций в градиентном температурном поле -наблюдается перемещение дислокаций в направлении градиента температур. Показано влияние температуры и времени отжига на перераспределение дислокаций и дислокационных дефектов в оптическом германии.

3. Установлено, что рассеяние в германии определяется взаимосвязью механических, физических и физико-химических свойств материала и, в конечном итоге, обусловлено наличием термоупругих напряжений, примесной неоднородностью и структурными дефектами в кристаллах. Рассеяние лучистой энергии носит ярко выраженный малоугловой характер -основная часть рассеянного потока сосредоточена в конусе с углом раствора менее 4° и соответствуют рассеянию Ми, при котором длины волн света близки к размерам рассеивающих неоднородностей.

Положения, выносимые на защиту:

дислокационная структура выращиваемых в форме дисков монокристаллов германия удовлетворительно коррелирует с рассчитанным для модели тонкого диска полем термоупругих напряжений;

высокотемпературный отжиг приводит к существенному перераспределению дислокаций в монокристаллах германия: изменению общей плотности дислокаций, изменению характера распределения малоугловых границ, возникновению дислокационных линий скольжения;

исследования рассеяния ИК излучения в кристаллическом германии с использованием разработанных методик показывают, что в германии присутствует рассеяние Ми, величина которого определяется структурой материала и наличием электроактивных примесей.

Практическая значимость. Полученные в работе данные по распределению термоупругих напряжений, величины плотности дислокаций, влиянии высокотемпературного отжига могут быть использованы для развития теоретических представлений о возникновении и развитии дислокационной структуры в монокристаллах н для совершенствования технологий выращивания;

результаты оптических исследований позволяют прогнозировать свойства выращиваемых кристаллов; методики исследования рассеяния могут применяться в производственных условиях;

полученные результаты позволили существенно улучшить технологические методы, применяемые для получения крупногабаритных монокристаллов германия, используемых в ИК технике;

исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с научной программой Министерства образования и науки РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (код 1.3.3.5).

Апробация результатов. Основные материалы диссертации были представлены на X и XI Национальных конференциях по росту кристаллов (НКРК 2002, НКРК 2004; Москва); международной научно-практической конференции "Фундаментальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения" (Тверь, 2002); VI международной конференции "Прикладная оптика" (С.-Петербург, 2004); 14 международной конференции по росту кристаллов (КХХЗ 14, 2004, Гренобль); 22 европейском кристаллографическом совещании (ЕСМ 22, 2004, Будапешт); III Международной научно-технической школе-конференции "Молодые ученые" (Москва, 2005).

Личный вклад автора. По материалам диссертации автором опубликовано восемь печатных работ. Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором, а также совместно с сотрудниками кафедры прикладной физики Тверского государственного университета.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит го введения, трех глав, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков, 1 таблицу. Список используемой литературы содержит 149 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследования кристаллического германия, применяемого для изготовления деталей оптических систем инфракрасной техники - его структуры и оптических свойств (рассеяния). Рассматриваются проблемы, связанные с использованием германия, показана необходимость изучения взаимосвязи структурного совершенства кристаллов и рассеяния ИК излучения. Формулируются цель работы и задачи, решаемые в ней.

Первая глава представляет собой литературный обзор и теоретический анализ причин возникновения дислокаций и дислокационных дефектов в монокристаллах, выращиваемых из расплава различными способами. Анализ возможных видов дефектов, а также их взаимодействий позволил определить основные действующие термодинамические силы, вносящие вклады в образование дефектов. В работе наиболее уделено основное внимание дислокационным дефектам, главной движущей силой образования которых являлись термические напряжения, возникающие при росте кристаллов и их охлаждении. При выращивании крупногабаритных монокристаллов германия в форме дисков существует еще одна причина образования дислокаций -некогерентное срастание пирамид роста - в этом случае возникают скопления дислокаций и малоугловые границы. При выращивании монокристаллов германия в них могут возникать также и двумерные и трехмерные дефекты -блоки и границы блоков, возникновение которых в первую очередь определяется переохлаждением расшива.

Для управления процессами выращивания монокристаллов с заданной и контролируемой величиной плотности дислокаций возможно применение анализа расчетных термоупругих напряжений в кристаллах с экспериментальными критическими напряжениями образования дислокаций и с величиной плотности дислокаций в кристаллах. Такой подход позволяет провести сравнительный анализ разных режимов роста, выделить в растущем кристалле области наиболее интенсивного образования дислокаций и создает предпосылки целенаправленного изменения температурных условий роста.

Приведен обзор основных экспериментальных методов определения дислокаций в кристаллах. Применяемые методы позволяют в целом с высокой достоверностью оценивать количественно величину плотности дислокаций и их распределение в монокристаллах.

Вторая глава посвящена теоретическому анализу возникновения термоупругих напряжений при выращивании монокристаллов германия в форме диска; исследованию дислокационной структуры монокристаллов германия; изучению влияния отжига на распределение и плотность дислокаций в германии.

С целью анализа термоупругих напряжений, возникающих при выращивании крупногабаритных монокристаллов германия, решали задачу с использованием модели тонкого диска. Согласно модели, фронт кристаллизации (ФК) радиусом Я и высотой Н перемещается в радиальном направлении (г) до границ тигля задаются условия подвода тепла к системе кристалл-расплав и теплообмен с окружающей средой. Модель описывает разработанные способы получения крупногабаритных монокристаллов германия путем направленной кристаллизации расплава; соотношение диаметра кристаллов к их высоте составляет при этом (5-10): 1. Для аксиальной симметрии системы, усредненных параметров в осевом направлении и граничных условий на ФК и свободных поверхностях кристалла получены уравнения для ненулевых значений компонент тензора напряжений - радиального <5^ и окружного - напряжений

Е ~ Е (I, 1,1 , сп

3(1 -а) а-а'М

д ---аТн--

- 3(1-а) (1-а2)

М)

(2)

и усредненное уравнение равновесия дг гу '

где Е - модуль Юнга; ст - коэффициент Пуассона; а - коэффициент объемного расширения; и, - радиальная компонента вектора смещения (радиальная

деформация); Т - температурное поле системы, задаваемое условием

Т(11) = 0.

Окончательные выражения для окружной и радиальной компонент тензора напряжений могут быть получены на основе решения уравнения равновесия для радиальной деформации в диске и для заданного поля температур в системе кристалл-расплав-окружающая среда:

(5)

--НШ

где Н - толщина кристалла; 10 и Ij - модифицированные функции Бесселя нулевого и первого порядка порядка; Си - постоянная; у, р, q - величины, характеризующие условия теплообмена.

На эпюре напряжений (рис. 1) представлены зависимости окружной и радиальной величины тензора напряжений, имеющем место в растущем кристалле германия радиусом 0,15 м и толщиной 0,02 м. В кристалле присутствуют растягивающие силы в центральной части (знак радиальной и окружной составляющих тензора напряжений больше нуля) и сжимающие в области, примыкающей к фронту кристаллизации. Резкое увеличение окружной составляющей по абсолютной величине происходит в достаточно узкой зоне у ФК, составляющей 20-25% от радиуса кристалла. Радиальная составляющая слабо убывает с ростом радиуса в основной части кристалла и быстро падает до нуля на ФК в зоне, примыкающей к ФК.

Реальная дислокационная структура кристалла получается в результате процессов зарождения, движения и размножения дислокаций, происходящих в результате сдвига по системам скольжения под действием на них касательных напряжений. Для германия в общем случае известны 12 систем скольжения типа {111}, <110>, где {111} - плоскость скольжения, <110> -направление. С учетом действующих систем скольжения для осесимметричного напряженного состояния при получении цилиндрических кристаллов выражения для среднеквадратичных касательных напряжений (т2)ш для направлений роста <111> и <100> для рассматриваемой модели

тонкого диска имеют вид

На рис. 2 представлено рассчитанное распределение среднеквадратичных касательных напряжений в плоских кристаллах, отличающихся толщиной и радиусом фронта кристаллизации, при выращивании их в тигле радиусом 0,2 м при постоянных тепловых условиях. В кристаллах радиусом 0,15 м (кривые 1 и 2), близким к радиусу тигля, величина касательных напряжений слабо уменьшается от центра к периферии, резкий рост напряжений происходит вблизи ФК. В тонком кристалле величина напряжений в кристалле меньше, однако, на ФК зависимость обратная. Ход кривых на графике (распределение касательных напряжений) непосредственно связан с распределением температуры в кристаллах. Кристаллы радиусом 0,15 м (к2) имеют практически постоянную температуру в центральной части кристалла и резкое нелинейное возрастание температуры у ФК. В кристаллах меньшего радиуса (0,05 м, температура нелинейно возрастает от центра кристалла к ФК, что в случае напряжений (кривая 3) приводит к большему значению

(6)

напряжений при тех же размерах и к неравномерности распределения напряжений в целом по кристаллу.

Рис. 1. Зависимость радиальной и окружной (а^,)

компонент тензора напряжений по радиусу (г) монокристаллического диска германия

1<П1>>

«Лп»

в

5

4

»

2 1

Рис. 2. Распределение касательных напряжений (г<ш>) по радиусу (г) кристалла:

1 -Н= 0,02м; Я = 0,15м;

2 - Н = 0,005 м; Я = 0,15 м;

3 - Н = 0,005 м; Я = 0,05 м

0.02 0.04^0.06 ф,0в 0,10 0,12 0,14 |

Г, М

В реальных оптических кристаллах совокупности дефектов - атомов примесей, вакансий, дислокаций, мапоугловых границ, линий скольжения, границ блоков - могут приводить к локальным неоднородностям диэлектрической проницаемости и к неоднородности показателя преломления оптических заготовок. Исследования дислокационной структуры оптичер^их монокристаллов германия показывают, что в них присутствуют дислокации, дислокационные дефекты (малоугловые границы, линии скольжения). Обычная величина плотности дислокаций в кристаллах - (0,6-5,0)-104 см"2.

Существенный вклад в неоднородность показателя преломления вносят остаточные напряжения в монокристаллах. Для оценки напряжений, возникающих при выращивании кристаллов и частично сохраняющихся в выращенных кристаллах, была проведена серия экспериментов с использованием рентгеноструктурного анализа. Исследовались образцы монокристаллического германия, выращенного из расплава методом Чохральского. Исследования отклонений параметров решетки Д(1ш

кристаллов германия производились методом Дебая-Шеррера на дифрактометре ДРОН-ЗМ. Пробы из различных областей кристаллов, которые характеризовались разным структурным совершенством, выделялись путем механического выкалывания, после чего измельчались в порошок. Часть исследуемых образцов была подвергнута высокотемпературному отжигу, после чего из них аналогично были приготовлены образцы для рентгеноструктурного исследования.

При исследованиях использовалась линия 10, характеристического излучения рентгеновской трубки с железным анодом (длина волны излучения X = 1,937 А). На основе значений нормальных межплоскостных расстояний (1ьк| для германия вычислялись значения механических напряжений сгш в кристаллах германия как до, так и после отжига:

Ен (8)

(19 ш тА.

где Дёщ - нормальные межплоскостные расстояния; сЮш - величина углового отклонения дифракционного пика от его нормального значения 9ш; т - порядок отражения.

Расчеты показывают, что в исследуемых образцах германия присутствуют механические напряжения, величина которых достигает значений 10® Па. В областях монокристалла с наличием структурных дефектов - дислокаций и малоугловых границ - величина напряжений была существенно выше, чем в областях с невысокой плотностью дислокаций. Показано, что отжиг существенно влияет на напряжения в монокристаллах. Несмотря на общее снижение средних напряжений в кристаллах при отжиге - на 20-50% - для некоторых кристаллографических направлений напряжения возрастали, а в отдельных случаях даже меняли знак.

Контроль плотности дислокаций осуществлялся на торцевых поверхностях монокристаллов путем выявления дислокаций с помощью избирательного химического травления. Измерение плотности дислокаций и качественная оценки характера распределения дислокаций в монокристаллах германия проводилось на плоскостях (111) и (100). Монокристаллы германия выращивали на установке для получения кристаллов из расплава "Редмет-10". Выращивание проводили способами Чохральского, Степанова, модифицированным способом Степанова и направленной кристаллизации.

На рис. 3 представлены зависимости величины плотности дислокаций по длине кристаллов, полученных способом Степанова и Чохральского. Характерные особенности распределения следующие: 1) наблюдается относительно однородное распределение величины плотности дислокаций в основной части кристаллов ((0,5-1,5)-104 см"2); 2) в начальной части слитков наблюдается повышенная величина плотности дислокаций ((0,9-2,5)-104 см*2);

3) в областях, примыкающих к фронту кристаллизации, плотность дислокаций резко возрастает ((0,8-2,4)-105 см"2).

1-026»27х695мм, способ Стенной

ыа.ю4, см'

.-2

2-03М1.6ЧО«*

4^60-63х354мы МЮ«}40|Ш

Рис. 3. Распределение плотности дислокаций (Ш) по высоте (Н) монокристаллов германия

20

3

р

1«

10

о

О 100 200 300 400 600 ООО 700

Н, ММ

Типичная картина радиального распределения величины плотности дислокаций в исследуемых монокристаллах диаметром 60-65 мм, выращенных способом Чохральского, представлена на рис. 4. Исходя из представленных зависимостей, можно выделить следующие закономерности:

а) Высокая величина плотности дислокаций на нижней части слитков и прилегающих областях, которая объясняется так называемым "термическим ударом".

б) Несколько повышенная величина плотности дислокаций и неоднородное распределение дислокаций по сечению для верхней части кристалла связана со значительными изменениями теплообмена, возрастанием градиентов температур в кристалле в начальный момент вытягивания слитков.

в) На средних по высоте сечениях дислокации наиболее равномерно распределены при минимальной их плотности.

г) Наблюдается неравномерность в распределении дислокаций по сечению - максимальные значения величины плотности дислокаций наблюдаются в центре и на периферии основной части образцов.

Основной причиной, приводящей к возникновению дислокаций в выращиваемых в работе монокристаллах германия, являются термоупругие напряжения. Остальные причины - прорастание дислокаций из затравочного кристалла, наличие примесей, второй фазы - не являются определяющими, так как при росте всегда использовалась "перетяжка" на затравочном кристалле, отсутствовала вторая фаза, количество примесей незначительно. Главной причиной возникновения термоупругих напряжений в растущем

моно!фисталле является неравномерное распределение температуры, связанное с наличием осевых и радиальных температурных градиентов. Распределение плотности дислокаций по поперечному сечению монокристаллов отражает распределение в них термоупругих напряжений. В соответствии с этим и наблюдаются максимальные значения величины плотности дислокаций в центре и на периферии слитков.

Рис. 4. Распределение плотности дислокаций (N<1) по радиусу монокристалла (г) (06О-65х354мм)

Крупногабаритные (диаметром свыше 150 мм) монокристаллы германия, выращивались двумя способами - направленной кристаллизации и модифицированным способом Степанова. Способом направленной кристаллизации путем полного затвердевания расплава в графитовом тигле (который является формообразующим элементом) на монокристаллическую затравку получены и исследованы монокристаллы германия диаметрами 150270 мм. Достоинством метода, при котором монокристалл растет без вытягивания и фронт кристаллизации находится в глубине расплава, является возможность получать монокристаллы с относительно высоким структурным совершенством и хорошими механическими свойствами - заготовки поддаются любой механической обработке, пригодны для изготовления профилированных изделий. Основное влияние на величину и распределение напряжений в кристаллах оказывает радиальный градиент температуры в кристаллах, величина которого составляет 400-700 К-м"1.

По модифицированному способу Степанова выращиваемый монокристалл вместе с формообразователем вытягивается из расплава. Процесс происходит в динамично меняющихся температурных условиях при наличии высоких осевых (1100-1200 К-м'1) и радиальных (800-900 К-м"1) температурных градиентов, что приводит к существенной неоднородности температурного поля и высокому уровню термоупругих напряжений.

На рис. 5 представлено радиальное распределение средней плотности дислокаций в монокристаллах германия, выращенных способом направленной кристаллизации (кривые 1 и 2) и Степанова (кривая 3).

Величина N(1 значительно выше (почти на порядок) в монокристалле, полученном по способу Степанова; среднее значение N<3 в центральной части кристалла составляет МО5 см'2 и возрастает до 1,7-105 см'2 на периферии. Кристаллы, полученные способом направленной кристаллизации, имеют значительно меньшую в основной части кристаллов величину плотности дислокаций - (3+5)-104 см"2. Хорошее качественное соответствие экспериментальных данных распределения плотности дислокаций в германии с теоретическими полученным распределением термоупругих напряжений представлено на рис. 6.

Рис. 5. Зависимость средней плотности дислокаций (N<1) по радиусу (г) монокристаллов германия, полученных способом направленной кристаллизации (1 - 0270 х 27 мм; 2 - 0200 х 38 мм) и модифицированным способом Степанова (3 - 0150 х 40 мм)

В работе исследовалось влияние термической обработки на дислокационную структуру оптического германия. Изучалось движение дислокаций в температурном поле монокристаллов, приводящее к изменению величины плотности дислокаций и перераспределению дислокаций. Ряд экспериментов по отжигу монокристаллов германия в форме круглых пластин был проведен в асимметричном температурном поле с градиентом температур 800 К м'1 в течение 50 часов (средняя температура на образцах 1183-1188 К)- Результаты исследования дислокационной структуры показали уменьшение средней плотности дислокаций, но распределение дислокаций по сечению в этом случае оказалось неравномерным.

На ряде образцов после изучения дислокационной структуры и затем подвергнутых высокотемпературной обработке, обнаружились своеобразные полосы в направлении [112], совпадавшим при отжиге с направлением градиента температур (рис. 7). Анализ этих полос, названных нами "треками", показал следующее. Поверхности исследуемых образцов, на которых образовались треки, имели большое количество ямок травления -относительно высокое значение величины плотности дислокаций. Треки начинались от ямок травления и заканчивались тоже ямками травления. Сами треки таких дислокационных ямок не имели - поверхность трека

представляла собой искаженную аморфизированную канавку шириной около 40 мкм; длина треков составляла 30-60 мм. Учитывая, что "бестрековая" область плотно покрыта дислокационными ямками, и концы треков тоже ограничены дислокационными ямками, сделано предположение, что треки являются следами перемещения единичных дислокаций. По длинам треков и времени отжига получены значения скоростей движения дислокаций, равные 0,25-0,30 мкм-с"1.

ОМ-ЮЛ см"*

7

-0,06 -0,04 -0,02 0,00 0,02 ОД) 0.00 Г. И

МПа »

9 4 Э 2 1

•0,10 .0.09 0,00 0М 0,10 Г, и

Рис. 6. Теоретическое распределение касательных напряжений (т<ш>) и средней плотности дислокаций (Ыф по радиусу (г) монокристаллов германия, полученных: а) модифицированным способом Степанова (0150 х 40 мм); б) направленной кристаллизации (0270 х 27 мм)

Рис. 7. Полосы на фронте кристаллизации монокристалла германии после высокотемпературной обработки, совпадающие с направлением градиента температур, увеличение х 7

В работе изучена дислокационная структура монокристаллов германия, выращенных в режиме минимальных температурных градиентов у фронта кристаллизации и малых переохлаждений. Исследовано образование и распространение дислокаций в германии на фронте и в близи фронта кристаллизации при отрыве монокристалла от расплава. Показано, что

искажение плоского фронта кристаллизации образующейся при отрыве кристалла "каплей" на завершающей стадии роста приводит к образованию дислокаций в нижней части бездислокационных монокристаллов. Распространение дислокаций при этом происходит с большими скоростями и может быть рассмотрено как неконсервативный процесс - скольжение без переноса вещества, а скорость движения дислокаций сравнима со скоростью генерирующихся на фронте кристаллизации волн пластической деформации.

Третья глава содержит результаты исследований рассеяния лучистой энергии в германии в инфракрасном диапазоне. Исследовался германий, образцы которого имели моно- и поликристаллическую структуру; изучалась зависимость рассеяния излучения в нелегированных и легированных кристаллах, изучалось влияние высокотемпературной обработки на рассеяние.

В главе приведен обзор литературы, в котором рассмотрены вопросы рассеяния излучения кристаллическими материалами, проанализированы виды рассеяния, рассмотрены методы -исследования рассеяния излучения. Показано, что в германии может наблюдаться рассеяние на неоднородностях с размерами 18-22 мкм, 6-9 мкм и менее 2 мкм; максимальное рассеяние характерно для 6-ти микронных неоднородностей.

Для экспериментального исследования рассеяния в германии были использованы спектрофотометр ический метод, метод фотометрического шара и метод измерений функций рассеяния линии. Монокристаллы для исследований выращивались методом Чохральского. Определение оптических параметров проводилось для образцов в форме плоскопараллельной пластины.

В спектрофотометрическом методе исследования рассеяния применяется следующая принципиальная оптическая схема (рис. 9), которая может быть реализована с использованием спектрофотометра. Измерялись с помощью инфракрасного спектрофотометра ИКС-29 и сравнивались коэффициенты пропускания tl и \l+¿¡_ одного и того же кристалла в положениях, когда он был придвинут вплотную к диафрагме D и отодвинут от нее на расстояние ДЬ. Если бы рассеяния не было, то величины tl и tl+al были бы равны. Поскольку рассеяние в кристаллах происходило, часть рассеянного светового потока в случае отодвинутого кристалла отсекалась диафрагмой и не попадала на фотоприемник. Это регистрировалось схемой прибора как уменьшение пропускания: xL+iL< %L. Относительная разница в пропускании, очевидно, определяется двумя факторами: разницей соответствующих телесных углов £\ и í2l+al и неизвестной до опытов функцией рассеяния I = I (А.,8), где X - длина волны излучения, 0 - угол рассеяния. Измеряемое в опытах отношение коэффициентов пропускания k(AL) находится интегрированием рассеянных световых потоков по областям, ограниченным

телесными углами £\ и £\+дь Функция I не зависит от угла <р, поскольку рассеяние всегда симметрично относительно направления распространения света

2я 2л бь+дь

к(ль)= ¡й<? /I(я.,e)sinвdв/ ¡(¡<р /1(^0) вш еаф =

0 0 0 0

(9)

_ агс81п(г/-у/ь2+г2) агс51п(г/1/(1-+ЛЬ)2+гг

о о

где г - полуширина фотоприемника, и - плоские углы между осью

оптической схемы и прямыми, проведенными из центров кристаллов, находящихся в положениях к и к", на край приемного окна фотоприемника.

Ю

■1 , ОI, С2 ¡^ <1

1 1 ЛЬ ь

Рис. 9. Схема измерения коэффициентов пропускания при различных положениях кристалла относительно входной диафрагмы. И - источник излучения; К' - положение кристалла, придвинутого к входной диафрагме О; К"- положение кристалла, отодвинутого от диафрагмы на расстояние ДЬ; Ь -расстояние между диафрагмой О и фотоприемником ФП; и йь+дь -телесные углы из центра кристалла на фотоприемник в положениях К' и К"

Метод контроля рассеяния с помощью фотометрического шара основан на сравнении освещенностей изображений черного предмета, расположенного на равномерном ярком фоне, и освещенности самого фона. Принципиальная схема установки приведена на рис. 10. Источник излучения 2 имеет спектральные характеристики, обеспечивающие возможность проведения измерений в области спектра 2-3 мкм. Яркость имитатора черного предмета 1 (кольцевой сегмент) на входном отверстии фотометрического шара 3 не превышает 0,001 яркости фона. Вся оптическая система установлена на оптической скамье 4. Объектив 5 имеет спектральное пропускание, обеспечивающее измерения в области спектра 2-3 мкм. Спектральная характеристика приемника излучения 9 обеспечивает измерения в области спектра 2-3 мкм.

Приемник снабжен диафрагмой б. Оправа приемника имеет гнездо для светофильтров 8, устанавливаемых между диафрагмами и фотоприемником. Светофильтры 8 выделяет область спектра 2-3 мкм.

фотометрического шара

Контролируемый образец 7 устанавливается соосно с выходным отверстием фотометрического шара 3 и вспомогательным объективом 5. Во входном отверстии шара размещается кольцевой сегмент 1. Измерительным прибором снимают отсчет N1, пропорциональный освещенности в изображении черного предмета. Во входном отверстии шара устанавливают сплошной сегмент и снимают отсчет N2, пропорциональный освещенности в изображении фона. Величина доли рассеянного излучения (Б) контролируемого образца определяется по формуле:

$=N,/N2 . (11)

На рис. 11 представлены спектральные зависимости коэффициентов пропускания т монокристалла германия, полученные спектрофотометричес-ким методом, обладающие четко выраженным характером малоуглового рассеяния. Кривая 1 соответствует положению образца, придвинутому вплотную к диафрагме; кривые 2 и 3 - образцу, отодвинутому от диафрагмы. При увеличении АЬ значения коэффициентов пропускания т уменьшаются, а соответствующая разница в пропускании зависит от длины волны излучения.

Рис. 11. Спектральные зависимости коэффициентов пропускания монокристалла германия при различных положениях образца относительно входной диафрагмы прибора: I - АЬ = 0; 2 - АЬ = 30 мм; 3 - АЬ = 60 мм

Х.мш

........

» »

Для расчета угловых зависимостей светового потока, рассеянного монокристаллами германия решали численно интегральное уравнение (10) с помощью ЭВМ на основе зависимостей к(ДЬ), полученных в ходе экспериментов.

Методом фотометрического шара определения величины рассеяния исследовали германий в спектральной области 2-3 мкм. Рассеяние для всех исследуемых образцов имеет высокие значения в начале и конце кристаллов, минимальные значения наблюдаются в средней части (за исключением совместного легирования сурьмой и кремнием) (рис. 12). В целом несколько меньшие значения рассеяния отмечаются для нелегированного германия.

Рис. 12. Изменение доли

Сравнительные зависимости рассеяния, плотности дислокаций и концентрации примеси приведены на рис. 13 для легированного сурьмой и кремнием кристаллов. Примерно одинаковые значения рассеяния отвечают кристаллам со значительно отличающейся структурой - плотность дислокаций намного выше в кристалле, легированном кремнием. Кроме того, макрораспределение дислокаций в кристалле с кремнием характеризуется большим количеством малоугловых границ, образующих области с высокой разориентацией - близкой к блочной структуре. Результаты исследований подтверждают основной механизм возникновения рассеяния за счет примесной неоднородности. Основу рассеивающих неоднородностей составляют кислородные облака, причем входящий в их состав кислород образует электрически активные комплексы с быстро диффундирующими примесями. Рассеивающие центры дислоцируются в основном на дислокациях, образующих малоугловые границы, тогда как в кристаллах с изолированными дислокациями интенсивность рассеяния существенно ниже. Исследования влияния отжига показывают, что интенсивность рассеяния существенно снижается.

рассеянного излучения (в) по дайне (Н) кристаллов германия: 1 -нелегированного; 2 - легированного сурьмой; 3 - легированного кремнием; 4 - легированного сурьмой и кремнием

60

160

Н, мм

8,% 12 ■

«о Н, I

1» Н,мм

С„, 10",сшГ

■ • и я м

в н, ММ

Рис. 13. Доля рассеянного излучения Б (а), плотность дислокаций N(1 (б), концентрация кремния Ся и сурьмы С$ь (в) по длине Н кристаллов германия при легировании сурьмой и кремнием

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены виды дефектов и возможное взаимодействие дефектов в кристаллической структуре германия. Показаны симметрийные аспекты взаимодействий и вкладов термодинамических сил при росте кристаллов из расплава для дислокационного (пластического) течения. Подтверждено, что основной источник дислокаций при росте кристаллов - пластическая деформация в области фронта кристаллизации, происходящая из-за термоупругих напряжений, в свою очередь, возникающих за счет градиентов температур. Существенную роль при этом играет распределение температуры кристаллу, влияющее на динамику перемещения, коагуляции, концентрации дислокаций, а также конденсации дислокаций разных знаков.

2. Проанализировано возникновение термоупругих напряжений при выращивании монокристаллов из расплава. Отмечено, что при решении практических задач отработки технологических режимов получения совершенных монокристаллов весьма конструктивным оказывается подход к анализу условий формирования дислокационной структуры, основанный на сопоставлении расчетных термоупругих напряжений в слитке с экспериментально определенными критическими напряжениями образования

дислокаций. Для германия распределение дислокаций в поперечном сечении кристаллов определяется распределением касательных термических напряжений в активных системах скольжения, а плотность дислокаций в кристалле соответствует остаточной деформации, связанной с критическими значениями термоупругих напряжений.

3. Теоретически рассмотрено возникновение термоупругих напряжений в кристаллах, имеющих форму диска, выращиваемых из расплава методом направленной кристаллизации. Получены зависимости, связывающие напряжения с температурными и кинематическими условиями процесса кристаллизации.

4. Экспериментально исследована дислокационная структура крупногабаритных монокристаллов германия (диаметром до 270 мм), выращенных методами направленной кристаллизации и способом выращивания с применением формообразующих устройств (модифицированным способом Степанова). Полученные экспериментальные данные по величине плотности дислокаций и распределению дислокаций по кристаллам удовлетворительно согласуются с теоретически рассчитанным полем термоупругих напряжений.

5. Методом Дебая-Шеррера исследованы образцы германия в областях с различной степенью нарушения структуры кристаллической решетки. Зафиксированы существенные искажения структуры, соответствующие остаточным напряжениям порядка (1,7-5,0)-108 Па. Показано, что высокотемпературный отжиг приводит к снижению напряжений примерно в 1,2-1,3 раза. Максимальные оптические аномалии зафиксированы в областях с максимальной плотностью дислокаций и малоугловых границ.

6. Оценена скорость движения дислокаций в германии при высокотемпературной обработке в градиентном температурном поле (равная 0,22-0,30 мкм-с"1 в температурном диапазоне 1150-1195 К и градиенте температур 800 К-м"1). Обнаружены треки, оставляемые движущимися дислокациями на поверхности исследованных образцов. Показано влияние термического отжига на количество и распределение малоугловых границ в германии.

7. Проведено сравнение двух механизмов движения дислокаций в монокристаллах. Перемещение дислокаций при отжиге в поле градиента температур происходит с малыми скоростями (0,22-0,30 мкм-с"1). В этом случае дислокации перемещаются в результате диффузии вещества. Показано, что в градиентном температурном поле в германии наблюдается радиальное движение дислокаций и движение дислокаций в направлении градиента температуры. Распространение дислокаций при резком искажении фронта кристаллизации в процессе роста происходит с большими скоростями и может быть рассмотрено как неконсервативный процесс, т.е. скольжение без переноса вещества. Скорость распространения дислокаций сопоставима

со скоростями генерирующихся на фронте кристаллизации волн пластической деформации.

8. Детально исследовано рассеяние инфракрасного излучения в кристаллах германия, применяемых для изготовления деталей оптических устройств; доля рассеянного излучения в монокристаллах может достигать 20 и более %; поликристаллы германия рассеивают свет в несколько раз интенсивнее, чем монокристаллы. Соответствующие потерям коэффициенты рассеяния Ор ве - от 10"3 см"1 до 10"' см"1 - входящие в коэффициенты ослабления (экстинкции) света, во многих образцах соизмеримы с самими коэффициентами экстинкции.

9. Представлены и использованы для изучения рассеяния спектрофотометрический метод, метод фотометрического шара и метод измерения функций рассеяния линии. Измерения рассеяния излучения в монокристаллах германия в диапазонах длин волн 2,5 - 20 мкм показали, что в этом диапазоне имеет место малоугловое рассеяние Ми. При этом до 99% конуса рассеянного света находится под углом (в кристаллах) к оси первичного пучка, не превышающим 4°. Показано, что рассеяние ИК-излучения в германии связано с возникновением термоупругих напряжений, примесной неоднородностью и структурными дефектами в кристаллах. Максимальное рассеяние наблюдается в легированных сурьмой монокристаллах при наличии большого количества структурных дефектов (малоугловые границы, поликристаллические включения, блочная структура) и легированных поликристаллах. Размеры рассеивающих неоднородностей близки к длинам волн излучения и лежат в пределах 6-9 мкм, средние расстояния между неоднородностями составляют 70-100 мкм. Предположительно рассеивающие неоднородности в германии представляют собой кислородные облака, активируемые быстродиффундирующей примесью (сурьмой).

10. Отжиг кристаллов германия при температуре 790-880°С в течение 1428 часов приводит к снижению интенсивности рассеяния света в несколько раз. Это свидетельствует об изменении размеров и формы неоднородностей, а также о возможном их распаде. Снижение величины рассеяния может быть предположительно обусловлено диссоциацией комплексов кислорода с сурьмой при термообработке (с удалением сурьмы из примесного облака) при увеличении размеров кислородных облаков из-за диффузии кислорода.

1|. Полученные результаты указывают на возможные пути снижения световых потерь, связанных с рассеянием. Это - длительный высокотемпературный отжиг, применение сверхчистого исходного сырья, и, в первую очередь -совершенствование технологий выращивания германия. Предложена методика регулирования кривизны фронта кристаллизации изменением скорости вращения монокристалла, уточнены приемы введения легирующей примеси.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Каплунов И.А., Смирнов Ю.М., Долматов А.Б., Шайович СЛ. Рассеяние ИК излучения в кристаллическом германии // Физика кристаллизации. - Тверь: ТвГУ, 2002. - С. 118-124.

2. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Долматов А.Б. Симметрийво-термодинамический подход к анализу дислокационного течения при росте кристаллов // Физика кристаллизации. - Тверь: ТвГУ, 2002. - С. 129-131.

3. Колесников А.И., Каплунов И.А., Долматов А.Б., Терентьев H.A. Рассеяние света в монокристаллах парателлурита и германия // Сборник докладов. Пьезотехника-2002. Международная научно-практическая конференция "Фундаментальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения". - Тверь, ТвГУ, 2002. - С. 116-123.

4. Каплунов И.А., Смирнов Ю.М., Долматов А.Б., Колесников А.И. Монокристаллы германия для инфракрасной техники: выращивание, дефекты структуры и оптические характеристики // Перспективные материалы. - 2003.

4.-С. 35-41.

5. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Долматов А.Б. Влияние термической обработки на дислокационную структуру оптического германия И Сборник трудов. VI Международная конференция "Прикладная оптика". -С.Петербург: Оптическое общество им.Д.С.Рождественского, 2004. - Т.2. -С. 34-38.

6. Каплунов И.А., Колесников А.И., Долматов А.Б., О.И. Токач О.И., Третьяков С.А., Леванчук А.Н. Механические напряжения и оптические аномалии в кристаллах германия и парателлурита // Вестник ТвГУ. Сер. Физика. Тверь: ТвГУ, 2004. - Вып.4(6). - С. 68-76.

7. Иванова А.И., Долматов А.Б., Соловьева Т.И., Кураева Н.О. Изучение дислокационной структуры кристаллов германия методом избирательного травления // Вестник ТвГУ. Сер.Физика. Тверь: ТвГУ, - 2004. - Вып.4(6). -С. 83-87.

8. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Долматов A.B. Образование дислокаций в бездислокационном германии // Изв. ВУЗОВ. Физика. - 2005. - № 5. -С. 21-24.

Технический редактор А А. Медведева Подписано в печать 8.09.2005. Формат 60 х 84 Бумага типографская № 1. Печать офсетная. Усл.печл. 1,5. Уч.-издл. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 369 Тверской государственный университет, Редакционно-издательское управление. Адрес: Россия, 170000, г. Тверь, ул. Желябова, 33. Тел. РИУ: (0822) 35-60-63.

»16208

РЫБ Русский фонд

2006-4 15781

I f ВВЕДЕНИЕ.

1. ДИСЛОКАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ГЕРМАНИЯ

1.1. ТЕРМОДИНАМИКА ОБРАЗОВАНИЯ ДЕФЕКТОВ

1.1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ В КРИСТАЛЛАХ.

1.1.2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ ПРИ

ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИИ И МИГРАЦИИ ДЕФЕКТОВ.

1.1.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГРУПП СИММЕТРИИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И КЛАССА КРИСТАЛЛА ПРИ ОБРАЗОВАНИИ ДИСЛОКАЦИЙ.

1.2. РОЛЬ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ

1.2.1. ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ДИСЛОКАЦИЙ ПРИ

ОБРАЗОВАНИИ МОНОКРИСТАЛЛОВ.

1.2.2. ОБРАЗОВАНИЕ ДВУМЕРНЫХ И ТРЕХМЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ.

1.2.3. НАПРЯЖЕНИЯ И ДИСЛОКАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ, ВЫРАЩИВАЕМЫХ ИЗ РАСПЛАВА.

1.2.4. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСЛОКАЦИЙ В КРИСТАЛЛАХ.

ВЫВОДЫ.

2. НАПРЯЖЕНИЯ И ДИСЛОКАЦИИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ, ИМЕЮЩИХ ^ ФОРМУ ДИСКА

2.1. ТЕРМОУПРУГИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ, ВЫРАЩИВАЕМЫХ

В ФОРМЕ ДИСКА.

2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ В ГЕРМАНИИ ОПТИЧЕСКИМИ И РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫМИ МЕТОДАМИ

2.2.1. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ МОДУЛЯ ЮНГА.

2.2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ АНОМАЛИЙ.

2.3. ДИСЛОКАЦИОННАЯ СТРУКТУРА МОНОКРИСТАЛЛОВ ГЕРМАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИК ОПТИКЕ

2.3.1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ

ДИСЛОКАЦИЙ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ГЕРМАНИЯ.

2.3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ В ГЕРМАНИИ.

2.3.3. МАЛОУГЛОВЫЕ ГРАНИЦЫ В ГЕРМАНИИ.

2.3.4. ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТЖИГА НА

ДИСЛОКАЦИОННУЮ СТРУКТУРУ МОНОКРИСТАЛЛОВ.

2.3.5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДИСЛОКАЦИЙ В БЕЗДИСЛОКАЦИОННОМ ГЕРМАНИИ.

ВЫВОДЫ.

3. РАССЕЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕРМАНИИ.

3.1. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ И ПРИМЕСНОГО СОСТАВА НА ОПТИЧЕСКОЕ ПРОПУСКАНИЕ ГЕРМАНИЯ В ИК ДИАПАЗОНЕ.

3.2. РАССЕЯНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ

3.2.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАССЕЯНИЯ.

3.2.2. ИССЛЕДОВАНИЯ РАССЕЯНИЯ СВЕТА В КРИСТАЛЛАХ

ЛАЗЕРНЫМ МЕТОДОМ.

3.2.3. АНАЛИЗ ПРИЧИН РАССЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В КРИСТАЛЛАХ.

3.3. РАССЕЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕРМАНИИ

3.3.1. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.3.1.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ.

2.3.1.2. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД.

3.3.1.3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ФУНКЦИЙ РАССЕЯНИЯ ЛИНИИ (ФРЛ).

2.3.1.4. МЕТОД ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ШАРА.

2.3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Кристаллический германий (моно- и поликристаллы) широко применяется в качестве оптического материала для линз и входных окон тепловизионных систем инфракрасной (ИК) техники. Функции этих систем включают регистрацию и обнаружение объектов, сбор информации, аэро- и космическую навигацию, теплопеленгацию и т.д. Преимуществом систем тепловидения по сравнению с другими пассивными электронно-оптическими системами изображения является их способность работать в любое время суток в неблагоприятных погодных условиях. Для эффективного применения приборов тепловидения необходимо учитывать характеристики оптических материалов. Требуются оптически совершенные образцы с минимальными световыми потерями, минимальным рассеянием ИК излучения и максимальной оптической однородностью, работающие в диапазоне длин волн 2,5-14 мкм.

Применение германия для изготовления оптических элементов инфракрасной техники обусловливает необходимость детального изучения влияния на оптические свойства - в частности, на рассеяние - дефектов кристаллической решетки материала (прежде всего дислокаций и малоугловых границ), а также внутренних напряжений в кристаллах. Рассеяние ИК излучения в германии является причиной уменьшения контраста изображения и может приводить к существенному ослаблению светового потока. Кроме того, для высококачественных монокристаллов германия величина рассеяния в области прозрачности сопоставима с поглощением, а для коротковолновых участков диапазонов прозрачности -вблизи краев фундаментального поглощения - может даже превосходить поглощение. Дислокационные дефекты типа малоугловых границ значительно снижают структурное совершенство монокристаллов, что делает невозможным еще одно важное применение германия - изготовление на его основе подложек радиационностойких фотоэлектрических преобразователей, к

К» где необходимы малодислокационные монокристаллы без линейных структурных дефектов.

Состояние проблемы Несмотря на существенные успехи в области получения кристаллического германия для ИК техники, остается ряд неизученных или недостаточно рассмотренных вопросов.

Изучением протяженных дефектов, в частности дислокаций, в полупроводниках занимались интенсивно и плодотворно в 60-80 годах прошедшего столетия, опубликовано значительное число работ. На этом этапе были установлены основные свойства "чистых" дислокаций (т.е. дислокаций, почти не содержащих атомов примесей). Обнаружили, что в Si и Ge с бездефектными, прямолинейными отрезками дислокаций связаны одномерные электронные зоны, ответственные за ряд интересных физических эффектов. Фактически научились получать бездислокационный кремний и избегать генерации дислокаций в процессе технологических операций. Новая волна интереса изучения дислокаций определяется несколькими причинами, основные из них: в ряде случаев дислокации в кристаллах необходимы; материал с наличием дефектов (в том числе и дислокациями) может быть существенно более дешевым в производстве, обладая относительно высокими техническими параметрами (свойствами).

Проведенные теоретические разработки не смогли достаточным образом описать реальную дислокационную структуру монокристаллов: нет однозначной количественной связи напряжений и плотности дислокаций, не достаточно определена взаимосвязь влияния температурных градиентов -осевого и радиального - на дислокационную структуру, почти не рассмотрено влияние температурной обработки на дислокации и дислокационные дефекты. Кроме того, развитие дислокационной структуры изучалось в основном для одного метода выращивания кристаллов - метода Чохральского. Создание новых технологий и совершенствование известных привело к существенному повышению структурного качества кристаллов, увеличению размеров выращиваемых слитков. Возникают новые применения материала с новыми свойствами. Все в целом ставит проблему изучения дислокаций и дислокационной структуры, их влияния на свойства в германии на новый уровень.

Оптические свойства германия - обычно пропускание в ИЬС диапазоне -оценивают по величине коэффициента ослабления с использованием спектрофотометрических методов. При этом влиянием такого важного процесса взаимодействия света с кристаллами, как рассеяние, обычно пренебрегают, считая его сравнительно малым. Экспериментальных данных по рассеянию в германии крайне мало; нет сведений о влиянии на интенсивность рассеяния типичных для германия дефектов: дислокаций, малоугловых границ и линий скольжения, скоплений примеси и т.д. Теория рассеяния света в кристаллах полупроводников по существу практически отсутствует.

Цель работы. Целью данной работы являлось исследование условий возникновения термоупругих напряжений, дислокаций и дислокационных дефектов в монокристаллах германия; изучение рассеяния инфракрасного излучения кристаллами германия, применяемыми в ИК оптике. В связи с этим были поставлены следующие основные задачи: анализ условий возникновения термоупругих напряжений в монокристаллах, расчет термоупругих напряжений в монокристаллах германия, имеющих форму диска; исследование дислокационной структуры и влияние высокотемпературного отжига на дислокационную структуру монокристаллов германия, применяемых в ИК оптике; создание методик определения рассеяния в германии, изучение влияния на рассеяние структурных дефектов материала, примесей, высокотемпературной обработки.

Объект исследований и методика эксперимента. Объектом исследования являлся кристаллический германий (моно- и поликристаллы) применяемые в качестве заготовок для изготовления оптических деталей проходной инфракрасной техники. Кристаллы получали методами Чохральского, Степанова и методом направленной кристаллизации (разработанным в ТвГУ). Исследовались также монокристаллы германия, выращенные модифицированным методом Степанова, полученные на Запорожском титано-магниевом комбинате (Украина).

При выполнении работы использовались: методики выявления дислокаций путем селективного химического травления; определения величины плотности дислокаций и дислокационной структуры на оптическом микроскопе; методика определения удельного сопротивления германия четырехзондовым методом; методики определения величины рассеяния спектрофотометрическим методом и методом с использованием фотометрического шара; метод Дебая-Шеррера для проведения рентгеноструктурных исследований монокристаллического германия. Изучение рассеяния с использованием фотометрического шара проводилось в лаборатории ВНЦ 'ТОЙ им.С.И.Вавилова" (г.С.Петербург); рентгеноструктурные исследования - на кафедре магнетизма ТвГУ.

Научная новизна. В результате проведения исследований получены следующие новые научные результаты:

1. Для кристаллов германия, выращиваемых в форме диска методом направленной кристаллизации, получены теоретические зависимости термоупругих напряжений, возникающих при выращивании слитков; экспериментально исследована дислокационная структура крупногабаритных монокристаллов, удовлетворительно коррелирующая с распределением термоупругих напряжений.

2. Обнаружено проявление дислокационного течения в германии (в диапазоне температур 900-920 °С), проявляющееся в виде "треков", ориентированных в направлении температурного градиента. Показана зависимость движения дислокаций в градиентном температурном поле -наблюдается перемещение дислокаций в направлении градиента температур. Показано влияние температуры, времени отжига на перераспределение дислокаций и дислокационных дефектов в оптическом германии.

3. Разработаны методики исследования рассеяния ИК излучения в германии. Установлено, что рассеяние в германии определяется взаимосвязью механических, физических и физико-химических свойств материала и, в конечном итоге, обусловлено наличием термоупругих напряжений, примесной неоднородностью и структурными дефектами в кристаллах. Рассеяние света носит ярко выраженный малоугловой характер - основная часть рассеянного потока сосредоточена в конусе с углом раствора менее 4° и соответствуют рассеянию Ми, при котором длины волн света близки к размерам рассеивающих неоднородностей

Положения, выносимые на защиту: дислокационная структура выращиваемых в форме дисков монокристаллов германия удовлетворительно коррелирует с рассчитанным для модели тонкого диска полем термоупругих напряжений; высокотемпературный отжиг приводит к существенному перераспределению дислокаций в монокристаллах германия: изменению общей плотности дислокаций, изменению характера распределения малоугловых границ, возникновению дислокационных линий скольжения; исследования рассеяния ИК излучения в кристаллическом германии с использованием разработанных методик показывают, что в германии присутствует рассеяние Ми, величина которого определяется структурой материала и наличием электроактивных примесей.

Практическая значимость. Полученные в работе данные по распределению термоупругих напряжений, величины плотности дислокаций, влиянии высокотемпературного отжига могут быть использованы для развития теоретических представлений о возникновении и развитии дислокационной структуры в монокристаллах и при совершенствовании технологий выращивания; результаты оптических исследований позволяют прогнозировать свойства выращиваемых кристаллов; методики исследования рассеяния могут применяться в производственных условиях; полученные результаты позволили существенно улучшить технологические методы, применяемые для получения крупногабаритных монокристаллов германия, используемых в ИК технике; исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с научной программой Министерства образования и науки РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (код 1.3.3.5).

Апробация результатов. Основные материалы диссертации были представлены на X и XI Национальных конференциях по росту кристаллов (НКРК 2002, НКРК 2004; Москва); международной научно-практической конференции "Фундаментальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения" (Тверь, 2002); VI международной конференции "Прикладная оптика" (С.Петербург, 2004); 14 международной конференции по росту кристаллов (ICCG 14, 2004, Гренобль); 22 европейском кристаллографическом совещании (ЕСМ 22, 2004, Будапешт); III

Международной научно-технической школе-конференции "Молодые ученые" (Москва, 2005).

Личный вклад автора. По материалам диссертации автором опубликовано восемь печатных работ. Результаты, представленные в диссертации, получены лично автором и совместно с сотрудниками кафедры прикладной физики Тверского государственного университета.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на ^страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков. 1 таблицу. Список используемой литературы содержит 149 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Рассмотрены виды дефектов и возможное взаимодействие дефектов в кристаллической структуре германия. Показаны симметрийные аспекты взаимодействий и вкладов термодинамических сил при росте кристаллов из расплава для дислокационного (пластического) течения. Подтверждено, что основной источник дислокаций при росте кристаллов - пластическая деформация в области фронта кристаллизации, происходящая из-за термоупругих напряжений, в свою очередь, возникающих за счет градиентов температур. Существенную роль при этом играет распределение температуры кристаллу, влияющее на динамику перемещения, коагуляции, концентрации дислокаций, а также конденсации дислокаций разных знаков.

2. Проанализировано возникновение термоупругих напряженней при выращивании монокристаллав из расплава. Отмечено, что при решении практических задач отработки технологических режимов получения совершенных монокристаллов весьма конструктивным оказывается подход к анализу условий формирования дислокационной структуры, основанный на сопоставлении расчетных термоупругих напряжений в слитке с экспериментально определенными критическими напряжениями образования дислокаций. Для германия распределение дислокаций в поперечном сечении кристаллов определяется распределением касательных термических напряжений в активных системах скольжения, а плотность дислокаций в кристалле соответствует остаточной деформации, связанной с критическими значениями термоупругих напряжений.

3. Теоретически рассмотрено возникновение термоупругих напряжений в монокристаллах, имеющих форму диска, выращиваемых из расплава методом направленной кристаллизвции. Получены зависимости, связывающие напряжения с температурными и кинематическими условиями процесса кристаллизации.

4. Экспериментально исследована дислокационная структура крупногабаритных монокристаллов германия (диаметром до 270 мм), выращенных методами направленной кристаллизации и способом выращивания с применением формообразующих устройств (модифицированным способом Степанова). Полученные экспериментальные данные по величине плотности дислокаций и распределению дислокаций по кристаллам удовлетворительно согласуются с теоретически рассчитанным полем термоупругих напряжений.

5. Методом Дебая-Шеррера исследованы образцы германия в областях с различной степенью нарушения структуры кристаллической решетки. Зафиксированы существенные искажения структуры, соответствующие о остаточным напряжениям порядка (1,7-5,0)-10 Па. Показано, что высокотемпературный отжиг приводит к снижению напряжений примерно в 1,2-1,3 раза. Максимальные оптические аномалии зафиксированы в областях с максимальной плотностью дислокаций и малоугловых границ.

6. Оценена скорость движения дислокаций в германии при высокотемпературной обработке в градиентном температурном поле (равная 0,22-0,30 мкм-с"1 в температурном диапазоне 1150-1195 К и градиенте температур 800 К-м'1). Обнаружены треки, оставляемые движущимися дислокациями на поверхности исследованных образцов. Показано влияние термического отжига на количество и распределение малоугловых границ в германии.

7. Проведено сравнение двух механизмов движения дислокаций в монокристаллах. Перемещение дислокаций при отжиге в поле градиента температур происходит с малыми скоростями (0,22-0,30 мкм-с"1). В этом случае дислокации перемещаются в результате диффузии вещества. Показано, что в градиентном температурном поле в германии наблюдается радиальное движение дислокаций и движение дислокаций в направлении градиента температуры. Распростанение дислокаций при резком искажении фронта кристаллизации в процессе роста происходит с большими скоростями и может быть рассмотрено как неконсервативный процесс, т.е. скольжение без переноса вещества. Скорость распространения дислокаций сопоставима со скоростями генерирующихся на фронте кристаллизации волн пластической деформации.

8. Детально исследовано рассеяние инфракрасного излучения в кристаллах германия, применяемых для изготовления деталей оптических устройств; доля рассеянного излучения в монокристаллах может достигать 20 и более %; поликристаллы германия рассеивают свет в несколько раз интенсивнее, чем монокристаллы. Соответствующие потерям коэффициенты рассеяния Op Ge - от 10"3 см'1 до 10*1 см"1 - входящие в коэффициенты ослабления (экстинкции) света, во многих образцах соизмеримы с самими коэффициентами экстинкции.

9. Представлены и использованы для изучения рассеяния спектрофотометрический метод, метод фотометрического шара и метод измерения функций рассеяния линии. Измерения рассеяния излучения в монокристаллах германия в диапазонах длин волн 2,5 - 20 мкм показали, что в этом диапазоне имеет место малоугловое рассеяние Ми. При этом до 99% конуса рассеянного света находится под углом (в кристаллах) к оси первичного пучка, не превышающим 4°. Показано, что рассеяние ИК излучения в германии связано с возникновением термоупругих напряжений, примесной неоднородностью и структурными дефектами в кристаллах. Максимальное рассеяние наблюдается в легированных сурьмой монокристаллах при наличии большого количества структурных дефектов (малоугловые границы, поликристаллические включения, блочная структура) и легированных поликристаллах. Размеры рассеивающих неоднородностей близки к длинам волн излучения и лежат в пределах 6-9 мкм, средние расстояния между неоднородностями составляют 70-100 мкм. Предположительно рассеивающие неоднородности в германии представляют собой кислородные облака, активируемые быстродиффундирующей примесью (сурьмой).

I 0

10. Отжиг кристаллов германия при температуре 790-880 С в течение 14-28 часов приводит к снижению интенсивности рассения света в несколько раз. Это свидетельствует об изменении размеров и формы неоднородностей, а также о возможном их распаде. Снижение величины рассеяния может быть предположительно обусловленно диссоциацией комплексов кислорода с сурьмой при термообработке (с удалением сурьмы из примесного облака) при увеличении размеров кислородных облаков из-за диффузии кислорода. Jl 1. Полученные результаты указавают на возможные пути снижения световых потерь, связанных с рассеянием. Это - длительный высокотемпературный отжиг, применение сверхчистого исходного сырья, и, в первую очередь -совершенствование технологий выращивания германия. Предложена методика регулирования кривизны фронта кристаллизации изменением скорости вращения монокристалла, уточнены приемы введения легирующей примеси.

1. Чернов А.А., Гнваргизов Е.И., Багдасаров Х.С. и др. Современная кристаллография // Структура кристаллов. - Т.2. - М.: Наука, 1979. - 356 с.

2. Смирнов Ю.М. Управление дефектностью кристаллов, растущих из расплава // Физика кристаллизации.- Калинин: КГУ, 1986. С. 19-36.

3. Смирнов Ю.М., Каплунов И. А., Долматов А.Б. Симметрийно-термодинамический подход к анализу дислокационного течения при росте кристаллов//Физика кристаллизации. -Тверь: ТвГУ, 2002. С.129-131.

4. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Долматов А.Б. Симметрийно-термодинамический подход к анализу дислокационного течения при росте кристаллов // Физика кристаллизации. Тверь: ТвГУ, 2002. - С.129-131.

5. Смирнов Ю.М. Внутренняя морфология кристаллов // Физика кристаллизации. Калинин: КГУ, 1982. - С.63-66.

6. Смирнов Ю.М. Актуальные проблемы кристаллографии. Тверь: ТвГУ, 1998. - С.37

7. Смирнов Ю.М., Романенко В.Н. Влияние кривизны фронта кристаллизации на плотность дислокаций в монокристаллах германия // Изв.АН СССР Неорганические материалы. 1973. - Т.9. - №12. - С. 22202221.

8. Смирнов Ю.М. Выращивание бездислокационных монокристаллов германия // Цветные металлы. 1977. - №5. - С. 48-49.

9. Dew-Hughes D. Dislocations and Plastic Flow in Germanium // JBM Journal. -Okt. 1961. P.279-286.

10. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в полупроводниках. М.: Металлургия. 1984, - С.384

11. Инденбом В.Л., Житомирский И.С., Чебанова Т.С. Внутренние напряжения, возникающие при выращивании кристаллов в стационарном режиме // Кристаллография. 1973. -Т. 18. - вып.1. - С.39-47.

12. Мильвидский М.Г., Смирнов В.А., Старшинова П.В., Щелкин Ю.Ф. К анализу тепловых условий выращивания монокристаллов методом Чохральского // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1976. - Т.40. - №7. - С. 14441451.

13. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б., Шифрин С.С. Изучение формирования дислокационной структуры монокристаллов полупроводников при выращивании из расплава. Рост полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск: Наука, 1975. - 4.1. - С.90-104.

14. Вахрамеев С.С., Гончаров А.Г., Русин А.П., Щелкин Ю.Ф. Анализ тепловых условий выращивания детекторного германия. Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск: Наука, 1977. - Ч.1.-С.169-173.

15. Антонов П.И., Галактионов Е.В., Крымов В.Н., Троин Э.А. Термонапряжения в монокристаллах германия круглого сечения, выращиваемых по способу Степанова // Изв.АН СССР. Сер.физическая. -1976. Т.40. - №7. - С.1414-1417.

16. Инденбом В.Л., Каганер В.Н., Фролов А.Г. Разделение вклада различных эффектов, определяющих величину и распределение напряжений в кристаллах, выращиваемых из расплава // Изв.АН СССР. Сер.физическая. -1983. Т.47. - №2. - С.254-260.

17. Инденбом В.Л. Напряжения и дислокации при росте кристаллов // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1973. - Т.37. -№11.- С.2258-2267.

18. Инденбом В.Л., Освенский В.Б. Теоретические и экспериментальные исследования возникновения напряжений и дислокаций при росте кристаллов. Рост кристаллов. М: Наука, 1980. - Т.13. - С.240-251.

19. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Получение совершенных монокристаллов. Проблемы современной кристаллографии. М.: Наука, 1975. - С.79-110.

20. Вахрамеев С.С., Освенский В.Б., Шифрин С.С. Расчет термических напряжений и плотности дислокаций в кристаллах полупроводников при выращивании методом Чохральского // Изв.АН СССР. Сер.физическая. -1980. Т.44. - №2. - С.289-294.

21. Цивинский С.В. Об одном возможном способе вычисления плотности дислокаций в чистых кристаллах, выращиваемых из расплава методами Чохральского, Степанова и бестигельной зонной плавки // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1983. - Т.47. - №2. - С.302-305.

22. Гончаров Л.А., Смирнов В.А., Титюник Л.М. Влияние тепловых условий выращивания на напряжения в кристаллах германия // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1980. - Т.44. - №2. - С.286-288.

23. Цивинский С.В. Связь между остаточными напряжениями и плотностью дислокаций в малопластичных кристаллах, выращиваемых способами Чохральского и Степанова // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1976. - Т.40. -№7. - С. 1532-1534.

24. Освенский В.Б., Шифрин С.С., Мильвидский М.Г. Закономерности размножения дислокаций в полупроводниках при высоких температурах // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1973. - Т.47. -№11.- С.2357-2361.

25. Меженный Н.В., Освенский В.Б., Мильвидская А.Г. Критические напряжения образования дислокаций в монокристаллах соединений АШВУ // Кристаллография. 1990. - Т.35. - Вып.5. - С. 1182-1186.

26. Billig Е. Some Defect in Crystals Grown from the Melt. 1 .Detect Caused by Thermal Stress // Proc.Roy.Soc. 1956. - V.235. - A. №1200. - P.37-55.

27. Чернов А.А., Гиваргизов Е.И., Багдасаров Х.С. и др. Современная кристаллография. М.: Наука, - Т.З. - 408 С.

28. Козлова О.Г. Рост и морфология кристаллов. М.: МГУ, 1972. - 303 С.

29. Конаков П.К., Веревочкин Г.Е., Горяинов JI.A. и др. Тепло и массообмен при получении монокристаллов. М.: Металлургия, 1971. - 420 С.

30. Смирнов В.А., Старшинова И.В., Фрязинов И.В. Анализ распределения скоростей, температур и концентрации легирующей примеси в расплаве при выращивании монокристаллов по Чохральскому. Рост кристаллов. М: Наука, 1983. - Т.14. - С.124-135.

31. Вахрамеев С.С., Шифрин С.С. Расчет термических напряжений и плотности дислокаций в кристаллах, выращиваемых из расплава // Прикладные задачи теоретической и математической физики. Рига: ЛГУ, 1978. - С.87-96.

32. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1965. - 204 С.

33. Коваленко А.Д. Термоупругость. Киев: Наукова Думка, 1975. - 216 С.

34. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 1990. - 398 С.

35. Вахитов Н.Б., Фирсов В.А. Термоупругость и пластичность. Казань: КАИ, 1988.-58 С.

36. Амелинск С. Методы прямого наблюдения дислокаций. М.: "Мир", 1968.-440 С.

37. Физическое материаловедение. Под ред. Р. Кана. М.: Мир, 1968. — 53 С.

38. ГОСТ 16153-80. Германий монокристаллический. Введ. 01.01.81. 32 С.

39. Miyazaki N., Kutsukake H., Kumamoto A. Development of 3D dislocation density analysis for annealing process of single crystal ingot // J. Cryst. Growth. 2002. V.243. - P.47-54.

40. Каплунов И.А., Колесников А.И. Малоугловые границы в германии // Кристаллография. 2004. - Т. 49. - №2. - С. 234-238.

41. Каплунов И.А., Смирнов Ю.М., Долматов А.Б., Колесников А.И. Монокристаллы германия для инфракрасной техники: выращивание, дефекты структуры и оптические характеристики // Перспективные материалы. 2003. - № 4. - С. 35-41.

42. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Колесников А.И., Родионова Г.Е. Выращивание высокочистых крупногабаритных монокристаллов // Высокочистые вещества. 1990. - № 6. - С. 213-216.

43. Каплунов И.А., Редчиц В.П. Моделирование тепловых условий устойчивого роста монокристаллических дисков// Физика кристаллизации.-Тверь: ТвГУ, 1991. С.89-97.

44. Шувалов Л.А., Урусовская А.А., Желудев И.С. и др. Современная кристаллография. Физические свойства кристаллов. М.: Наука, 1981. - Т.4.-С.61.

45. Янке Е., Эндэ Ф., Леш Ф. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы. М.: Наука, 1977. - 344 С.

46. Каплунов И.А., Колесников А.И., Долматов А.Б., О.И. Токач О.И., Третьяков С.А., Леванчук А.Н. Механические напряжения и оптические аномалии в кристаллах германия и парателлурита // Вестник ТвГУ. Сер. Физика. Тверь: ТвГУ, 2004. - Вып.4(6). - С. 68-76.

47. Блистанов А.А., Бондаренко B.C., Переломова Н.В. и др. Акустические кристаллы. Справочник. М.: Наука, 1982.

48. Иванова А.И., Долматов А.Б., Соловьева Т.И., Кураева Н.О., Блохина Г.С. Изучение дислокационной структуры кристаллов германия методом избирательного травления // Вестник ТвГУ. Сер. физ. 2004. - №4(6). - С. 6571.

49. Мильвидский М.Г. Полупроводниковые материалы в современной электронике. М.: Наука, 1986. - 144 С.

50. Gan S., Li L., Hicks R.F. Characterization of Dislocations in Germanium Substrates Inducted by Mechanical Stress // Applied Phisics Letters. 1998. -V.73. - N8. - P. 1068-1070.

51. Iunin Yu.L., Nikitenko V.I. Modes of Kink Motion on Dislocations in Semiconductors // Scripta Materialia. 2001. - V.45. - N11. - P.1239-1246.

52. Seiji Shinoyama, Chikao Uemura, Akio Yamamoto, Shun-ichi Tohno Growth of Dislocation-Free Undoped InP Crystals // Japan Journal Applied Physics. -1980. V. 19. - N6. - P. 331-333.

53. L.Sagalowicz, W.A.T.Clark A Theoretical and Experimental Study of Non-Perfect Grain Boundary Dislocations // Interface Science. 1996. - N 4. - P. 29-45

54. Каплунов И.А., Колесников А.И. Влияние характеристик германия на рассеяние ИК излучения // Поверхность. 2002. - № 2. - С.14-19.

55. Dew-Hughes D. Dislocations and Plastic Flow in Germanium // JBM Journal, Okt. 1961, P.279-286.

56. Фарбер Б Л., Бондаренко И.Е., Никитенко В.И. // ФТТ. 1981. - Т. 23. -С.2192-2194.

57. Горелик С.С., Дашевский М.Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. М.: Металлургия, 1988. - 574 С.

58. Родес Р.Г. Несовершенства и активные центры в полупроводниках. М.: Металлургия, 1968. - 371 С.

59. Несовершенства в кристаллах полупроводников // Под ред. Д.А.Петрова. -М.: Металлургия, 1964. 302 С.

60. Процессы роста и выращивания монокристаллов // Под ред. Н.Н.Шефталя. -М.:Изд. иностр.лит., 1963. -С. 301.

61. Нашельский АЛ. Технология спецматериалов электронной техники. М.: Металлургия, 1993. - 368 С.

62. Салли И.В., Фалькевич Э.С. Управление формой роста кристаллов. -Киев: Наукова думка, 1989. 160 С.

63. Каплунов И.А. Малоугловые границы в монокристаллах германия // Физика кристаллизации. Тверь: ТвГУ, 1999. - С.36-41.

64. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А Монокристаллы германия для инфракрасной техники // Материаловедение. 2004. № 5. • С. 48-52.

65. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А. Монокристаллы германия для ИК оптики // Физика кристаллизации. » Тверь: ТвГУ, 2002. С.37-39.

66. Хименко М.В., Новиков Н.Н. Подвижность дислокаций в бездислокационном германии при низких напряжениях // Изв. АН СССР. Неорганические материалы. 1975. - Т. 11. - № 6. - С. 995-999.

67. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М.: "Металлургия", 1975. - 208 С.

68. Фистуль В.И. Физика и химия твердого тела. М.: "Металлургия", 1995. -Т.1.-480 С.

69. Антонов П.И., Затуловский JI.M., Костыгов А.С. и др. Получение профилированных монокристаллов и изделий способом Степанова. JL: Наука, 1981.-С.133-175.

70. Маслов В.Н. Выращивание профильных полупроводниковых монокристаллов. М.: "Металургия", 1977.

71. Дудник Е.П., Левинзон Д.И., Петрик А.Г. и др. Получение и исследование профилированных монокристаллов с большой площадью поперечного сечения // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1973. Т.З7. - №11. - С.2286-2287.

72. Левинзон Д.И., Нефедов В.Н., Рыкун Е.П. Особенности выращивания сверхкрупногабаритных профилированных монокристаллов германия // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1980. Т.44. - №2. - С.242-243.

73. Дудник Е.П., Кузнецов А.С., Левинзон Д.И. Применение способа Степанова для получения крупногабаритных профилированных монокристаллов германия // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1976. Т.40. -№7. - С.1332-1335.

74. Лутцев В.Б., Левинзон Д.И., Иноземцев А.В. и др. Распределение легирующей примеси на фронте кристаллизации при выращивании крупногабаритных монокристаллов способом Степанова // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1988. Т.52. - №10. - С.1973-1976.

75. Иноземцев А.В., Коваленко А.Д., Левинзон Д.И., Сидоренко Н.В. Выращивание крупногабаритных монокристаллов германия способом Степанова // Изв.АН СССР. Сер.// Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1985. -Т.49. №12. - С.2346-2348.

76. Capron E.D., Brill O.L. Absorption Coefficient as a Function of Resistens for Optical Germanium at 10,6 цт // Applied Optics. 1973. - V.12. - №3. - P.566-572.

77. Bishop P.J., Gibson A.F. Absorption Coefficient of Germanium at 10,6 цт // Applied Optics. 1973. - V.12. -№11.- P.2549-2550.

78. Deutsch T.F. Laser Window Materials-an Overview // J.of Electronic Material.- 1975. V.4. - №4. - P.663-719.

79. Hutchinson С .J., Lewis C., Savage J.A., Pitt A. Surface and Bulk Absorption in Germanium at 10,6 цт // Applied Optics. 1982. - V.21. - №8. - P.1490-1495.

80. Левинзон Д.И., Ровинский Р.Е., Рогалин В.Е. и др. Поглощение ИК излучения в германии // Материалы IX Совещания по получению профилированных кристаллов и изделий способ Степанова и их применению в народном хозяйстве. Л.: ЛИЯФ, 1982. - С. 123-126.

81. Валявко В.В., Осипов В.П., Гришин В.П. и др. Оптические свойства чистого германия в области 2,5-15 мкм // Журнал прикладной спектроскопии. 1979. - Т.30. - Вып.4. - С.729-731.

82. Карлов Н.В., Сисакян Е.В. Оптические материалы для СОг-лазеров // Изв.АН СССР. Сер.физическая. 1980. - Т.44. - № 8. - С.1631-1638.

83. Young Р.А. Thermal Runaway in Germanium Laser Windows // Applied Optics. 1971. - V.10. - №3. - P.638-643.

84. Fox A. Thermal Design for Germanium Acoustooptic Modulators // Applied Optics. 1987. - V.26. - №5. - P.872-884.

85. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. М.: Наука, 1977. -368 С.

86. ТУ 48-4-522-89. Кристаллы германия оптические. • 1990.

87. Каплунов И. А., Смирнов Ю.М., Колесников А.И. Оптическая прозрачность кристаллического германия // Оптический журнал. 2005. -Т.72. - № 2. - С.61-68.

88. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Блохина Г.С., Долгих И.К. Оптические свойства монокристаллов германия в ИК области спектра // Физика кристаллизации. Калинин: КГУ, 1990. - С.78-86.

89. Блохина Г.С., Каплунов И.К., Долгих И.К. Поглощение ИК излучения в крупногабаритных монокристаллах германия // Физика кристаллизации. -Калинин: КГУ, 1988. С. 94-96.

90. Смирнов Ю.М., Каплунов И.А., Блохина Г.С., Долгих И.К. Оптические свойства монокристаллов германия в ИК области спектра // Физика кристаллизации. Калинин: КГУ, 1990. - С.78-86.

91. Каплунов И.А., Блохнна Г.С., Смирнов Ю.М. Температурная зависимость поглощения ИК излучения в монокристаллах германия // Физика кристаллизации. Тверь: ТвГУ, 1992. - С.31-38.

92. Грамацкий В.И., Макаренко А.П., Каплунов И.А., Смирнов Ю.М., Блохнна Г.С. Оптические свойства легированных кристаллов германия // Электронные процессы в кристаллах и тонких пленках. Кишинев: Штиница, 1990. - С.31-36.

93. Klein Ph.H. Techniques for Measuring Absorption Coefficient in Crystalline Materials//Optical Engineering. 1981. - V.20. - №5. - P.790-794.

94. Hass H., Bendow B. Residial Absorption in Infrared Materials // Applied Optics. 1977. - V.16. - № 11. - P.2882-2890.

95. Ровинский P.E., Рогалин B.E., Шершель В.А. Оптические свойства и области применения полупроводниковых монокристаллов германия. // Изв.АН СССР. Сер. физическая. 1983. - Т.47. - №2. - С.406-409.

96. Несмелова И.М., Астафьев Н.И. Оптические характеристики монокристаллического германия // Оптический журнал. 1999. - Т.66. - № 1. -С.68-72.

97. Маколкина Е.Н., Пржевуский А.К. Влияние структурных дефектов на оптические параметры кристаллов германия // Оптический журнал. 2003. -Т. 70. - № 11. - С.64-67.

98. Покутный С.И. Поглощение и рассеяние света в квазинульмерных структурах // ФТТ. • 1997. • Т.39. №4. • С.606-609.

99. Курик М.В. О точности определения коэффициента поглощения полупроводников // Оптика и спектроскопия. 1965. - Т. 19. Вып. 6. - С.964-967.

100. G.Gafhi, M.Azoulay, C.Shiloh and ather. Large Diameter Germanium Single Crystals for Infrared Optics // Optical Engineering.- 1989.-Vol.28,№9.-P. 10031007.

101. Фэн К. Фотон-электронное взаимодействие в кристаллах. М.: Мир, 1969.

102. Хадсон Р. Инфракрасные системы. М.: Мир, 1972. - 534 С.

103. Джемисон Дж.Э., Мак-Фи Р.Х., Пласс Дж.Н., Грубе Р.Г., Ричарде Р.Дж. Физика и техника инфракрасного излучения. М.: Советское радио, 1965. -643 С.

104. Криксунов JI.3. Справочник по основам инфрарасной техники. М.: Советское радио, 1978. - 400 С.

105. Криксунов J1.3. Приборы ночного видения. Киев:, 1975. - 216 С.

106. Левитин И.Б. Применение инфракрасной техники в народном хозяйстве. -Л.:, 1981.-264 С.

107. Мосс Т., Баррел Г., Эллис Б. Полупроводниковая оптоэлектроника. * М.: Мир, 1976. 432 С.

108. Караванов В.Б., Сахновский Н.Ю. Влияние качества полировки поверхности монокристаллов Ge на их оптические константы // Журнал прикладной спектроскопии. 1986. - Т. 14. - № 4. - С.623-627.

109. Уханов Ю.И., Морозов Л.Н. Исследование влияния легирования на спектры поглощения в p-Ge // Изв.ВУЗов. Физика. • 1970. • № 6. • С. 68*72.

110. Kaiser W., Collins R.J., Fan H.Y. Infrared Absorption in p-Type Germanium // Physical Revies. 1953. - V. 91. - N 6. - P. 1380-1381.

111. Paukove J.I. Optical Absorption of Arsenic-Doped Degenerate Germanium // Physical Revies. 1962. - V. 126. - N 3. - P. 956-962.

112. Morin F.M., Maita J.P. Condactivity and Hall Effect in the Intrinsic Range of Germanium //Physical Revies. 1954. - V. 94.-N3.-P. 1525-1529.

113. Lussier F.M. Guide to IR-Transmissive Materials // Laser Focus. 1976. - V. 12.-N12.-P. 47-50.

114. Marsh K.J., Savage J.A. Infrared Optical Materials for 8-13 pm Current Developments and Future Prospects // Infrared Physics. - 1974. - V.l 4. - P. 85-97.

115. Fraser H., Hope A.J.N., Worrall A.J. Optical Materials and Material Processing for Used with Infra-Red Equipment // Int. Conf. Loww Light and Thermal Imaging Sistem. London. - 1975. - P. 21-37.

116. Dash H., Newman R. Intrinsic Optical Absorption in Single-Crystal Germanium and Silicon at 77 К and 300 К // Physical Revies. 1955. - V. 99. - N 4.-P. 1151-1155.

117. Klocek P. Semicondustor Infrared Optical Materials // Infrared Optical Proc.SPIE 929, Materials VI. 1988. - P. 65-78.

118. Fox A. Acustooptic Figure of Merit for Single Crystal Germanium at 10,6 p.m Wavelength // Applied Optics.- 1985. Vol.24,N14.- P.2040-2041.

119. Hass H., Bendow B. Residial Absorption in Infrared Materials // Applied Optics. 1977. - Vol.16,N11. - P.2882-2890.

120. Deutsch T.F. Absorption Coeffisient of Infrared Laser Window Materials // J.Phis.Chem.Solids. 1973. - Vol.34. - P.2091-2104.

121. Azoulay M., Gafiii G., Roth M. Seeled Growth in a Soft Lined Crusible: Application to Phosphorus Doped Optical Germanium Single Crystals // J.Crystal Growth .- 1986. Vol.79. - P.326-330.

122. Оптические кристаллические материалы. Каталог. ГМП "Оптические материалы, элементы приборов". • JL: ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова". 1991. • 52 С.

123. Каплунов И.А., Колесников А.И. Влияние характеристик германия на рассеяние ИК излучения // Поверхность. 2002. - № 2. - С. 14-19.

124. Каплунов И.А., Смирнов Ю.М., Долматов А.Б., Шайович СЛ. Рассеяние ИК излучения в кристаллическом германии // Физика кристаллизации. -Тверь: ТвГУ, 2002. С.118-124.

125. Каплунов И.А., Колесников А.И., Шайович СЛ., Талызин И.В. Рассеяние света монокристаллами германия и парателлурита // Оптический журнал. 2005. - Т.72. - № 3. - С. 51-56.

126. Каплунов И.А., Иванов В.В., Колесников А.И., Жохова Н.К. Рассеяние света монокристаллами германия и кремния // Физика кристаллизации. -Тверь: ТвГУ, 1999. С.28-35.

127. Каплунов И.А., Иванова А.И., Андреева Т.А, Шайович СЛ. Рассеяние и направленное пропускание монокристаллов германия //Физика кристаллизации. Тверь: ТвГУ, 1999. - С. 15-17.

128. Каплунов И.А., Колесников А.И., Шайович СЛ., Талызин И.В. Рассеяние света монокристаллами германия и парателлурита // Оптический журнал. 2005. - Т.72. - № 3. - С.51-56.

129. Шайович СЛ., Каплунов И.А., Колесников А.И. Контроль рассеяния инфракрасного излучения в германии методом фотометрического шара // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. - № 9 (в печати).

130. Калинушкин В.П. Исследование примесных дефектов в полупроводниках методом рассеяния лазерного излучения ИК-диапазона // Тр.ИОФ АН СССР. 1986. - Т.4. - С.3-59.

131. Воронков В.В., Воронкова Г.И., Зубов Б.В. и др. Рассеяние света, обусловленное микродефектами в Si и Ge // ФТТ. 1977. - Т. 19. - Вып.6. -С.1784-1791.

132. Воронков В.В., Воронкова Г.И., Зубов Б.В. и др. Рассеяние инфракрасного лазерного излучения метод исследования локальных неоднородностей в чистых полупроводниках // ФТТ. - 1981. - Т.23. -Вып.1. -С.117-125.

133. Заболотский С.Е., Калинушкин В.П., Крынецкий Б.Б. и д.р. Определение параметров точечных центров, образующих "слабые" примесные скопления в полупроводниковых материалах// ФТП. 1987. - Т.21 - С.65-78.

134. Воронков В.В., Воронкова Г.И., Калинушкин В.П., Мурин Д.И., Мурина Т.М., Прохоров A.M. Температурная зависимость малоуглового рассеяния света кристаллами чистого кремния // ФТП. 1984. - Т. 18. -Вып.5. - С.938-940.

135. Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред. Минск: Наука и техника, 1969.-571 С.

136. Kaplunov I.A., Kolesnikov A.I., Ivanov V.V. // Thesis of Third International conf. «Single Crustal Grouwth, Strength Problem and Heat Mass Transfer». -Obninsk: Institute of Physics and Power Engineering, 1999. P.143.

137. Wind L., Szymanski W.W. Quantification of Scattering Corrections to the Beer-Lambert Low for Transmittans in Turbid Media // Measurement Science and Technology. -13 (2002). P. 270-275.

138. Середенко M.M. Применимость закона Бугера к оценке светорассеивающих свойств гетерогенной среды с плоскими границами // Оптический журнал. 1999. - Т.66. - № 1. - С.29-31.

139. Борткевич А.В., Лейкин С.М., Полушкин А.Ю., Середенко М.М. Решение обратной задачи при определении оптических характеристик слабомутных сред // Оптический журнал. 1999. - Т.66. - № 3. - С.66-68.

140. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Мир, 1973. - 492 С.