用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法技术

本发明专利技术公开的用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，包括：将固体金属锌注入坩埚中煮沸制成锌蒸气投入反应室；向反应室中通入硒化氢和硫化氢混合气体至晶粒生长完成。本发明专利技术在不损伤光学特性的情况下通过改善CVD

【技术实现步骤摘要】
用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法


[0001]本专利技术属于红外材料
，具体涉及一种用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法。

技术介绍

[0002]一般用于红外应用领域的红外材料包括硅(Si)、锗(Ge)、蓝宝石、氟化镁(MgF2)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)等多晶材料和硫系玻璃等，通常用CVD反应生产的ZnSe、ZnS作为红外材料应用最为广泛。其中尤以CVD
‑
ZnSe的光学特性(透射率、透波范围、色散系数、吸收系数等)最优异，可通用，但物理性质中硬度较ZnS相比较低，表面容易出现划痕等缺陷，在严酷环境中使用受限。
[0003]以上ZnSe的机械特性，特别是硬度是由ZnSe内部晶粒尺寸及结构等特征造成的。也就是说，CVD反应生长的ZnSe，其生长速度较慢，要获得30毫米厚的材料，大约需要在高温下连续生长350～400小时。此时生成的ZnSe晶粒是通过形核和晶粒长大形成的，长时间高温下的反应使已经生成的晶粒在高温下相互作用，不断生长成大晶体，小晶体随之消失，结果只剩下大晶体，用这种方法生长的大晶体材料的物理性质，特别是硬度等相对较低。此外，ZnSe CVD反应是热壁过程，在衬底表面发生反应，向厚度方向增长，其结构特征为枝晶组织，这种垂直生长的枝晶结构通常其硬度较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，通过抑制晶粒的过大生长和枝晶生长，在不损害光学性能的范围内改善其硬度。<br/>[0005]本专利技术所采用的技术方案是：用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、将固体金属锌注入坩埚中煮沸制成锌蒸气投入反应室；
[0007]步骤2、向反应室中通入硒化氢和硫化氢混合气体至晶粒生长完成。
[0008]本专利技术的特点还在于，
[0009]步骤2中硫化氢与硒化氢的物质的量之比为0.03～0.04。
[0010]步骤2中在晶粒生长完成前的30～50h之前只通入混合气体中的硒化氢，在晶粒生长完成前的30～50h时开始并持续10h混合通入硫化氢，10h中硫化氢在混合气体中的物质的量占比持续上升，10h结束时硫化氢在混合气体中物质的量占比为100％，并保持至晶粒生长完成。
[0011]晶粒生长工艺为300小时反应工艺。
[0012]步骤2的混合气体中硒化氢和硫化氢的通入比例和时长通过气体流量控制器调节。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术的用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，在不损伤光学特性的情况下通过改善CVD
‑
ZnSe生长中长时间工艺产生的晶粒生长或
晶粒生长形状所衍生的硬度下降，使ZnS颗粒在ZnSe晶体中微分散生长，抑制晶粒过大生长；同时，通过这种分散生长的ZnS粒子抑制枝晶生长，诱导外延生长，提高晶体组织的特性，从而增加体积硬度等物性。
附图说明
[0014]图1是本专利技术采用的化学气相沉积反应装置的结构示意图。
具体实施方式
[0015]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0016]本专利技术提供了一种用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，利用CVD方法制备红外材料ZnSe，如图1所示，将固体金属锌(Zn)注入坩埚中煮沸制成锌蒸气投入反应室，反应气H2Se和H2S以气态由气体流量控制器调整摩尔分数，按化学量论均衡加入反应区间，按如下反应式生长ZnSe和ZnS等。
[0017]H2Se+Zn
→
ZnSe+H2[0018]H2S+Zn
→
ZnS+H2[0019]在投入反应气H2Se时，通过加入少量的H2S气体进入反应室，使ZnSe晶体结构中微分散生长ZnS颗粒，生长的微ZnS颗粒可在ZnSe晶体结构中产生ZnS颗粒，能够抑制ZnSe晶体生长(晶粒尺寸变小)，从而达到阻断ZnSe硬度等机械特性下降的效果，这样细小分散生长的ZnS粒子还在ZnSe晶体结构内对电位迁移产生的变形等阻力较大，对提高硬度等机械性能有效。同时，在ZnSe晶体内分散的ZnS对抑制降低机械性能特别是硬度等的枝晶生长和诱导外延生长也有效，从而阻止由于枝晶结构引起的机械性能的下降。
[0020]此外，在恶劣环境下晶体材料表面损伤严重，此时还可以根据需要先只通入H2Se气体生长ZnSe晶体，然后混合通入H2S气体在ZnSe晶体表面上生长ZnSe和ZnS晶体，通入H2Se和H2S混合气体时逐渐使S/Se比率持续提高，最终在外表面上只生成的ZnS晶体，这样可以利用ZnS硬度高于ZnSe的特点，达到提高表面硬度的效果，同时保持次外层在不损害光学性能的范围内改善其硬度，并且最内层的中心ZnSe晶体也能抵消一些最外层单有ZnS晶体造成的透射特性降低，从而完成针对特定环境下的表面硬度增强工作。
[0021]通过上述方式，本专利技术的用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，采用反应气H2Se、H2S两者适当混合以提高体积硬度而不降低相对优异的光学特性，还可根据需要仅使表面硬化，显著减少其在恶劣环境下的表面损伤。
[0022]实施例
[0023]A.增强ZnSe的体积硬度
[0024]1)S/Se摩尔比为0.005进行300小时连续反应生长的ZnSeS的物性变化。
[0025]‑
努氏硬度增加量约为10kg/mm2(120
→
130kg/mm2，50g压头下测得)
[0026]‑
红外透过率与纯ZnSe比较无变化。
[0027]2)300小时反应的工艺，S/Se摩尔比为0.01。
[0028]‑
努氏硬度增加量约为30kg/mm2(120
→
150kg/mm2，50g压头下测得)
[0029]‑
红外透过率无变化。
[0030]3)300小时反应的工艺，S/Se摩尔比0.03。
[0031]‑
努氏硬度增加量约为60kg/mm2(120
→
180kg/mm2，50g压头下测得)
[0032]‑
红外透过率无变化。
[0033]4)300小时反应的工艺，S/Se摩尔比0.035。
[0034]‑
努氏硬度增加量约为65kg/mm2(120
→
180kg/mm2，50g压头下测得)
[0035]‑
红外透过率无变化。
[0036]5)300小时反应的工艺，S/Se摩尔比0.04。
[0037]‑
努氏硬度增加量约为70kg/mm2(120
→
180kg/mm2，50g压头下测得)
[0038]‑
红外透过率无变化。
[0039]6)300小时反应的工艺，S/Se摩尔比0.05。
[0040]‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将固体金属锌注入坩埚中煮沸制成锌蒸气投入反应室；步骤2、向反应室中通入硒化氢和硫化氢混合气体至晶粒生长完成。2.如权利要求1所述的用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，其特征在于，所述步骤2中硫化氢与硒化氢的物质的量之比为0.03～0.04。3.如权利要求1所述的用于化学气相沉积反应生长的硒化锌的硬度提高方法，其特征在于，所述步骤2中在晶粒生长完成前的30～50h之前只通入混合气体中的硒化...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫兴隆，金荣岩，申柱炫，梁银杰，
申请(专利权)人：西安全谱红外技术有限公司，
类型：发明
国别省市：