Современная оптоэлектроника (стр. 6 из 9)

Экспериментальные данные показали, что при скорости менее 12 мм/час происходит налипание расплава на подложку. При постоянных скорости вытягивания и времени наращивания плёнки, основное влияние на ее толщину оказывает температура.

Влияние температуры на толщину плёнки представлено на рис. 2.8.1.

Рис. 2.8.1. Зависимость толщины эпитаксиальной плёнки от температуры при постоянной скорости вытягивания (12 мм/час. и 10- минутной выдержке подложки в расплаве).

На основании эксперимента выбран оптимальный температурный режим выращивания плёнок при скорости вытягивания 12 мм/час.

Важное влияние на толщину получаемых плёнок оказывает время эпитаксиального наращивания.(Рис. 2.8.2.)

Рис. 2.8.2. Зависимость толщины плёнок от времени эпитаксии при разных температурах расплава:

1. 914 °С.

2. 907 °С.

3. 900 °С.

Плёнки оптимальной толщины получались в интервале от 855 до 873 °С и времени эпитаксии 10 мин.

3.9 Выявление микроструктуры эпитаксиальных плёнок.

Изучение микроструктуры полученных плёнок производили кристаллооптическим методом на микроскопе МИН – 8 с 160 кратным увеличением.

Определяли положение монокристаллических блоков на поверхности подложки, их форму и размеры в зависимости от ориентации подложки. Определение размеров кристаллических блоков проводилось по методике, изложенной в главе 2.8. На каждом образце производилось 25 – 30 замеров. Результаты усреднялись.

В зависимости от ориентации подложки и температуры расплава, получались монокристаллические блоки различной величины и формы.

На подложках с ориентацией {100} получались кристаллические блоки вытянутые вдоль оси роста. При уменьшении температуры до 904 °С происходило увеличение размеров кристаллических блоков, а при достижении области температур ниже 904 °С происходило их нарастание друг на друга (рис. 2.9.1.).

На подложке с ориентацией {111} при прочих равных условиях, кристаллические блоки имели меньшие размеры и не столь явно выраженную направленность.(рис. 2.9.2.)

На рис. 2.9.3 представлен график зависимости средних размеров кристаллических блоков от температуры наращивания.

Рис. 2.9.1 Кристаллические блоки на подложке с ориентацией {100}.

Рис. 2.9.2. Мелкие кристаллические блоки на подложке с ориентацией {111}.

Рис. 2.9.3 Зависимость средних размеров монокристаллических зёрен от температуры расплава.

3.10 Результаты работы и выводы.

1. Получены плёнки твёрдого раствора Bi₁₂GeO₂₀ : 6 мольн. % Cr⁴⁺ со структурой силленита на германосилленитовой подложке.

2. Оптимальными условиями для получения качественных плёнок толщиной от 20 до 90 мкм. являются температурный интервал 904 – 914 °С и время эпитаксии 10 мин.

3. Величина кристаллических блоков изменяется от 15 до 70 мкм в температурном интервале от 904 до 914 °С.

4. Для получения эпитаксиальной плёнки твёрдого раствора Bi₁₂GeO₂₀ : 6 мольн. % Cr⁴⁺ со структурой силленита на германосилленитовой подложке. наиболее благоприятная ориентация подложки {100}

4 Экономическая часть .

[61].

4.1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ обоснование проведения дипломной работы.

В последнее время развитие и совершенствование передовых технологий привело к широкому внедрению достижений науки и техники, в том числе и квантовой электроники, в медицину.

В современной медицине существуют несколько способов лечения онкологических заболеваний:

1. Химиотерапия. К недостаткам этого метода можно отнести вредность, используемых лекарств, а также их высокую стоимость, длительный период выведения лекарства из организма, побочные явления и невысокую эффективность.

2. Хирургическое вмешательство. Недостатки этого метода связаны с затратами на содержание человека в больнице и его длительной нетрудоспособностью в послеоперационный период.

Наиболее перспективными методами лечения в России и за рубежом считается методы с применением лазерной техники. Сейчас такие методы из-за их высокой стоимости доступны далеко не каждому больному. Данная дипломная работа является шагом в направлении уменьшения стоимости изготовления техники и, следовательно, большей ее доступности для потребителя.

Потребность современной техники в новых материалах, перспективных благодаря их необычным физическим свойствам, возрастает с каждым годом. Среди таких материалов важное место принадлежит неорганическим монокристаллам. Известные на сегодняшний день лазерные кристаллы удовлетворяют далеко не всем существующим потребностям: например КПД лучших из них не превышает 60%, порог генерации порядка 50 мВт, невысокое оптическое качество, связанное с неразрешёнными технологическими проблемами, такими как, например, подбор условий роста объёмных кристаллов.

В последние годы очень активно изучаются материалы, содержащие в качестве активатора хром в нетрадиционной для него степени окисления 4+. На их основе возможно создание лазеров с перестраеваемой частотой излучения в диапазоне 1,1–1,5 мкм.

На сегодняшний день, германосилленит (Bi₁₂GeO₂₀) активированный ионами хрома, является одним из перспективных материалов для перестраеваемых лазеров ближнего ИК диапазона. Благодаря наличию широкой области перестройки (около 200 нм) этот материал может быть использован в медицине для лечения онкологических заболеваний, так как область его перестройки захватывает длину волны 1,27 мкм, которая обладает высоким терапевтическим эффектом в борьбе с раковыми клетками. Основными методами получения монокристаллов германосилленита для лазерных применений являются методы Чохральского , оптической зонной плавки. Получение лазерных элементов этими методами сопряжено с большими материальными и энергетическими издержками, значительная часть монокристаллов теряется в процессе изготовления конечного продукта (до 50%) из-за дефектов, включений, двойников, дислокаций и т.д. На сегодняшний день основным производителем лазерных элементов на основе силленита является фирма Union Carbide Corporation, на долю которой приходится 40% производства. Себестоимость одного лазерного элемента составляет около $1500 ( по данным UC ) В связи со сложной экономической ситуацией в нашей стране производство лазерных элементов (НИИ "Полюс", АОЗТ "ИРЕА" ) полностью прекращено.

В последнее время ведутся интенсивные исследования в области миниатюрных лазерных компонентов, поскольку они дают значительные преимущества перед обьемными монокристаллами, например: высокий уровень легирования активного материала для получения высокой эффективности (КПД ориентировочно до 80%) при небольших энергиях накачки диода; высокая компактность и технологичность ( время изготовления лазерного элемента на основе обьемного кристалла составляет примерно 3-4 сут., а на основе пленки за 2 часа можно изготовить 80-100 элементов); размер лазерного элемента на основе пленки не превышает 1 мм² ( для кристаллов 10-15 см³ ); низкие пороги генерации ( 17 мВт вместо 50 мВт для лучших образцов обьемных кристаллов.); соответственно более высокие КПД (80 % вместо 60 %); малые отходы при производстве конечного продукта и, как следствие, уменьшение себестоимости.

Основным преимуществом миниатюрных лазеров является возможность создания их в интегральном исполнении со стекловолокном и диодной системой накачки. Данное направление возможно реализовать исключительно с применением метода жидкофазной эпитаксии, чему и посвящена данная дипломная работа.

4.1.1 Оценка себестоимости лазерного элемента на основе монокристаллической пленки (по данным полученным в результате НИР )

Производство пленочного лазерного элемента состоит из трех основных стадий:

- наращивание трех слоев монокристаллической пленки на подложку из другого материала;

- полировка поверхностей;

- нанесение отражающих и защитных покрытий на элемент и сборка.

Рост состоит из трех этапов по 1 часу каждый, в результате чего получаем 100 шт элементов.

Стадия полировки длится 6 часов , при этом одновременно обрабатываются 100 шт элементов.

В собранном виде лазер включает в себя 1000 элементов обьемом 1 мм² каждый. Следовательно для создания одного лазера необходимо провести 10 циклов наращивания-полировки.

Затраты на электроэнергию на один цикл производства лазерного элемента:

Стадия	Время на один цикл, час	Затрачиваемая мощность, кВт	Потребляемая мощность, кВт∙час
Эпитаксиальное наращивание	3	1,5	4,5
Полировка	10	2	20
Сборка	1	0,5	0,5
Итого:	25

На 10 циклов наращивания-шлифовки лазерных элементов затраты электроэнергии составят: 25*10 = 250 кВт∙час;

З_ЭЛ=250∙0,42= 105 руб;

Затраты на заработную плату работников:

Род работы	Время на один цикл, час	З/п руб./час	З/п руб/цикл
Наращивание	3	10	30
Полировка	10	12	120
сборка	1	10	10
Итого:	160

За десять циклов расходы на З/п работников составят: