Выращивание пленок силленитов легированного Cr203 на подложках Bi12GeO20 и изучения их свойств

Оглавление 1 Введение. 2 Литературный обзор. 2.1 Соединения со структурой силленита. 1.1 Структура германата висмута. 2.2 Некоторые физические свойства силленитов. 2.3 Подготовка поверхности и выбор подложки к эпитаксии. 3.1 Требования к материалу подложки. 13 2.3.2 Подготовка поверхности подложки к эпитаксии. 2.4 Получение плёнок соединений со структурой силленита. 2.5 Возможность получения плёнок силленита на силлените. 2.6 Влияние легирования на свойства монокристаллов силленита. 6.1 Оптические свойства. 2.7 Выводы из литературного обзора 22 3 Экспериментальная часть. 3.1 Цели и задачи работы 3.2 Характеристики исходных веществ. 3.3 Выбор материала тигля. 3.4 Оборудование. 3.5 Изготовление подложек из монокристаллов Bi12GeO20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. 3.6 Изготовление подложек из монокристаллов Bi12GeO20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. 3.7 Нанесения эпитаксиального слоя. 3.8 Определение влияния температуры на толщину эпитаксиального слоя. 3.9 Выявление микроструктуры эпитаксиальных плёнок. 3.10 Результаты работы и выводы. 4 Экономическая часть . 4.1 Технико - экономическое обоснование проведения дипломной работы. 1.1 Оценка себестоимости лазерного элемента на основе монокристаллической пленки по данным полученным в результате НИР 1.2 Лазерная установка на основе обьемных монокристаллов 1.3 Лазерная установка на основе пленочных лазеров 4.2 Расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы. 2.1 Расчет затрат на реактивы, сырье, материалы. 2.2 Расчет энергетических затрат. 2.3 Расчет заработной платы. 2.4 Накладные расходы. 2.5 Расчет амортизационных отчислений. 2.6 Смета затрат на проведение исследования. 5 Охрана труда. 5.1 Введение 1.1 Характеристика применяемых реактивов и препаратов. 1.2 Категорирование лабораторного помещения 1.3 Классификация по ПУЭ. 1.4 Меры электробезопасности. 1.5 Производственная санитария. 1.6 Вентиляция. 1.7 Освещение. 1.8 Водоснабжение. 1.9 Режим личной безопасности. 6 Охрана окружающей среды от промышленных загрязнений. 6.1 ВВЕДЕНИЕ. 6.2 Экологическая характеристика темы работы. 6.3 Токсикологическая характеристика сырья, реагентов, промежуточных и конечных продуктов. 6.4 Переработка и обезвреживание твердых отходов. 6.5 Переработка и обезвреживание жидких отходов. 6.6 Укрупненная оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы . 6.7 Укрупненная оценка ущерба от загрязнения водоемов. 6.8 Выводы. 7 Cписок литературы. 1 Введение. Современная оптоэлектроника решает задачи, связанные с исследованием процессов обработки, передачи, хранения, воспроизведения информации и конструированием соответствующих функциональных систем.

К числу важнейших элементов таких систем относятся оптические модуляторы, дефлекторы, дисплеи, элементы долговременной и оперативной памяти и др. В оптических информационных системах перечисленные процессы реализуются путём взаимодействия световых пучков со средой. Это взаимодействие осуществляется с помощью соответствующих материалов, обладающих свойствами которые могут изменятся под воздействием света, механического воздействия, а так же под действием электрического и магнитного полей.

В настоящее время значительная часть радиоэлектронных приборов конструируется на основе монокристаллических элементов с определённой совокупностью физических свойств.

Сложные кислородные соединения Bi силленитов типа mBi2O3nMexOy вызывают большой интерес, являясь пьезоэлектриками, обладают электрооптическими и магнитооптическими свойствами, что в сочетании с фотопроводимостью выдвигает их в число перспективных материалов для создания электро- и магнитооптических модуляторов лазерного излучения, запоминающих устройств типа ПРОМ и т.д. Наибольшую известность среди соединений этого класса приобрели силикаты и германаты висмута для которых разработана технология выращивания крупных монокристаллов и достаточно полно изучены физико-химические свойства и структура.

В последнее время вопросы создания оптоэлектронных элементов методами интегральной технологии становятся всё более насущными.

В связи с вышеуказанными преимуществами силленитов в последние годы проводилось много исследований плёнок со структурой силленита, в которых отмечалась перспективность их использования в оптоэлектронике и пьезотехнике.

В связи с заметным влиянием природы структурообразующего иона на свойства позволяющем расширить области применения, а точнее замена р-элементов Ge, ns2np2 в Bi12ЭO20 ионами переходных металлов, имеющих неспаренные 3dn-электроны приобретаются новые свойства изменения окраски, расширение области пропускания в длинноволновой части спектра Данная работа посвящена выращиванию плёнок силленитов в частности Bi12GeO20 легированного Cr2O3 на подложках Bi12GeO20 и изучению некоторых их свойств. 2

Литературный обзор

Соединения со структурой силленита. 2.1.1 . Кристаллы со структурой силленита относятся к пентагонтритетраэдрическ... Sillen обнаружил, что при взаимодействия Bi2O3 с оксидами Si, Ge, Al, ... Литературный обзор.

Структура германата висмута

Структура германата висмута. Атомы кислорода О 3 расположены на главны... В кристаллах Bi12GeO20 атомы кислорода связаны с атомами висмута и гер... 1.1.1. Расположение тетраэдров GeO4 в элементарной ячейке германосилленита 2. Рис.1.1.2.

Некоторые физические свойства силленитов

Запоминающие устройства ПВМС или фотосопротивление с электропроводност... Электрические свойства - для записи необходима большая подвижность нос... Таблица 1.2.1. На основании анализа данных по электронной структуре номинально нелеги... 35 Кристаллы со структурой силленита, выращенные в бескислородной арго...

Подготовка поверхности и выбор подложки к эпитаксии

Подготовка поверхности и выбор подложки к эпитаксии . 2.3.1

Требования к материалу подложки

Дальнейший рост происходит на эпитаксиальном слое, однако, часть парам... 2.3.2 . Поэтому процесс жидкостной эпитаксии и свойства эпитаксиального слоя в... Основными требованиями к материалу подложки являются - Более высокая т... В первый момент после начала кристаллизации процесс жидкостной эпитакс...

Подготовка поверхности подложки к эпитаксии

2.4 . Эффект очистки кислотами обусловлен превращением некоторых окислов и ж... Остающиеся после изготовления и упаковки волокна, отпечатки пальцев, м... Сравнение очистки парами ряда растворителей и ультразвуковой очистки в... Подготовка поверхности подложки к эпитаксии. Чистота поверхности подло...

Получение плёнок соединений со структурой силленита

д. и от содержания этих ионов, то частичная или полная замена их, даёт во... 20 С происходило образование аморфных слоёв. 2.5 . При получении плёнок методом ВЧ - распыления 46 большое значение прида...

Возможность получения плёнок силленита на силлените

Возможность получения плёнок силленита на силлените. Будущие высокоёмк... Работа в этой области 44 выявила, что окончательный успех предлагаемых... Частичная или полная замена различных ионов силленитов позволяет измен... Подложка, таким образом может быть погружена во все соединения, чьи те... удовлетворяют этим требованиям в вариантах, где в качестве подложки ис...

Влияние легирования на свойства монокристаллов силленита

Влияние легирования на свойства монокристаллов силленита . 2.6.1

Оптические свойства

Зависимость полуволнового напряжения U от длины волны для легированног... Bi12SiO20 - Al III. Al2O3 при работе на длине волны 420 нм, а при записи голограмм на 514,... Фотопроводность определяет возможность использования силленитов в устр... Спектр фоточувствительности кристаллов 57.

Выводы из литературного обзора

Tien 44, будут состоять из различных пассивных и активных интегральных... 3 . Таким образом необходимо нахождения условий получения плёнок заданной ... Замена р-элементов Ge, ns2np2 в Bi12ЭO20 ионами переходных металлов, и... Работа в этой области 44 выявила, что окончательный успех предлагаемых...

Экспериментальная часть

Экспериментальная часть . 3.1

Цели и задачи работы

Цели и задачи работы.

Целью данной дипломной работы являлось получение плёнок заданной толщины твёрдого раствора Bi12GeO20 6 мольн. Cr4 со структурой силленита на германосилленитовой подложке методом жидкофазной эпитаксии. Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи 1. Подбор ориентации подложки, 2. Выбор оптимальгой температуры эпитаксии, 3. Определение зависимости толщины пленки от времени выдержки подложки в расплаве. 3.2

Характеристики исходных веществ

Характеристики исходных веществ.

Вещества Категории Технические условия Содержание основного вещества, Bi2O3 ОСЧ 13-3 ТУ6-09-1853-72 99,99 GeO2 ОСЧ 2-14 ТУ6-09-1418-76 99,99 Cr2O3 ХЧ HCl ХЧ ГОСТ 3118-67 35,0 - 38,0 CCl4 ОСЧ ГОСТ 20288-77 Ацетон Ч ТУ 9-271-68 Глицерин ХЧ ТУ 9-271-68 3.3

Выбор материала тигля

Сигнал с термопары, расположенной в непосредственной близости от нагре... В качестве нагревательного элемента использовалась нихромовая спираль ... Внутреннее устройство печи приведено на рис. Технические данные печи Мощность нагревателя - 2,4 кВт Напряжение сети... Выбор материала тигля. При выращивании монокристаллов силленитов в кач...

Изготовление подложек из монокристаллов Bi

Изготовление подложек из монокристаллов Bi 12GeO20 и подготовка поверхности подложек к эпитаксии. Для изготовления подложек, монокристаллы германосилленита распиливали алмазным диском с наружной режущей кромкой перпендикулярно оси роста кристалла на пластины толщиной 1 1,5 мм. Далее пластины наклеивали пиццеином на металлическую планшайбу и шлифовали с применением алмазной шлифовальной пасты М . После того как пластины были отшлифованы, планшайбу с наклеенными на неё подложками тщательно мыли для удаления с неё остатков шлифовальной пасты.

Затем планшайбу помещали на полировочный круг и пластины полировались до зеркального блеска.

Для полировки применялась полировальная паста М . После окончания механической полировки проводили химическую смесью глицерина и соляной кислоты в пропорции 10 1, соответственно. Химическую полировку проводили в несколько приемов по 10 с. с контролем качества поверхности на микроскопе МИИ-4. После шлифовки и полировки из пластин вырезались пластины размеров, которые прикреплялись к корундовому стержню тонкой платиновой проволокой. Для очистки от жировых загрязнений, подложки погружались в четырёххлористый углерод и кипятились в нём в течение 15 20 минут. 3.6 Приготовление шихты для жидкофазной эпитаксии. Для проведения экспериментов брали навески Bi2O3, GeO2 и Cr2O3 из расчёта получения смеси содержащей 3 масс. Cr2O3 и производили синтез шихты по уравнению реакции приведённому ниже 6Bi2O3 0,94GeO2 0,03Cr2O3 Ge0,94Cr0,06Bi12O39,97. Суммарный вес навески составлял 50 г, что определялось размерами тигля.

Исходные компоненты отвешивали в рассчитанных соотношениях на аналитических весах АДВ - 200 с точностью до 0,0001 г. Затем проводили твёрдофазный синтез шихты при 820 С в течении 30 часов.

Для идентификации фаз применялся метод рентгенофазового анализа. Образцы анализировались на двукружном дифрактометре типа ДРОН - 2.0 CuK б в интервале углов 2 2Q 70 . 3.7

Нанесения эпитаксиального слоя

Нанесения эпитаксиального слоя. Эпитаксиальные плёнки получали методом окунания монокристаллической ге... После того как шихта расплавлялась, температуру выводили на заданное з... После того как подложка с нанесённой на неё плёнкой вытягивается из ра... Температура наращивания плёнок изменялась в пределах от 899 до 914 С.

Определение влияния температуры на толщину эпитаксиального слоя

Для приборов магнитооптики требуются плёнки толщиной не менее 20 мкм. Для определения толщины эпитаксиального слоя, из пластин с нанесённой ... Измерение под микроскопом производилось с помощью винтового окулярного... При 20Х объективе цена одного деления барабана составляет 0,375 мкм. Экспериментальные данные показали, что при скорости менее 12 мм час пр...

Выявление микроструктуры эпитаксиальных плёнок

Изучение микроструктуры полученных плёнок производили кристаллооптичес... В зависимости от ориентации подложки и температуры расплава, получалис... На подложках с ориентацией 100 получались кристаллические блоки вытяну... При уменьшении температуры до 904 С происходило увеличение размеров кр... 2.9.1 Кристаллические блоки на подложке с ориентацией 100 .

Результаты работы и выводы

Результаты работы и выводы. Получены плёнки твёрдого раствора Bi12GeO20 6 мольн. Cr4 со структурой... 2. являются температурный интервал 904 - 914 С и время эпитаксии 10 мин. Для получения эпитаксиальной плёнки твёрдого раствора Bi12GeO20 6 моль...

Экономическая часть

В современной медицине существуют несколько способов лечения онкологич... Хирургическое вмешательство. Среди таких материалов важное место принадлежит неорганическим монокри... В последние годы очень активно изучаются материалы, содержащие в качес... Благодаря наличию широкой области перестройки около 200 нм этот матери...

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

Производство пленочного лазерного элемента состоит из трех основных ст... Затраты на электроэнергию на один цикл производства лазерного элемента... Накладные и прочие затраты на производство лазерных элементов 10 от фо... 231 Оценим экономический эффект, c точки зрения потребителя, от замены... Себестоимость лазерного элемента на основе обьемных монокристаллов сос...

Лазерная установка на основе обьемных монокристаллов

Лазерная установка на основе обьемных монокристаллов стоимость установки 440000 руб. затраты на з п обслуживающего специалиста 12 6000 72000 руб. затраты на эл. энергию 5 6800 0,4 0,42 5712 руб Затраты, приходящиеся на одного больного ЗОБ 72000 5712 5 440000 8 1000 352,7 руб чел год 4.1.3

Лазерная установка на основе пленочных лазеров

Лазерная установка на основе пленочных лазеров стоимость установки 22000 руб. затраты на эл. энергию 5 6800 0,2 0,42 2856 руб. затраты приходящиеся на одного больного ЗПЛ 2856 5 22000 20 1000 8,35 руб. Экономический эффект от замены лазерной установки на обьемных монокристаллах на лазерную установку на основе пленочных лазеров приходящийся на одного больного составит Э 352,7 - 8,35 344,35 руб чел. что означает уменьшение на 97,6 . Экономический эффект с учётом затрат на НИР Таблица 1.2.6.1 Э 344,35 1000 - 38630 340486,94 руб 4.2

Расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы

Расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы . 4.2.1 Расчет затрат на реактивы, сырье, материалы. В следующей таблице приведен полный перечень всех используемых при проведении работы реактивов и химических веществ. таблица 1.2.1.1 затраты на реактивы Название расход, кг цена, руб. кг сумма, руб. Bi2O3 99,6 10-3 350 34,86 GeO2 0,76 10-3 230 0,17 Cr2O3 18,5 10-6 860 0,02 Итого 35,05 4.2.2

Расчет энергетических затрат

ЗЭ, руб. Ц, руб. 4.2.3 . Затраты на электроэнергию приведены в таблице таблица 1.2.2.1,затраты ... электроэнергии , Ц 0,42 руб.

Расчет заработной платы

Расчет основной заработной платы руководителя. ЗПРУК 270 7 480 7 5250 ... Дополнительная заработная плата. 4.2.5 . Расчет заработной платы. Расчет основной заработной платы. Проводится ... Дополнительная заработная плата составит 20 от суммы основной заработн...

Расчет амортизационных отчислений

НА - годовая норма амортизации, составляет 12 . таблица 1.2.5.1 амортизационные расходы Наименование оборудования Кол-... установка 1 300 итого 300 Расчет амортизационных затрат А 300 12 7 100... наименование затрат сумма, т.руб. удельный вес отдельных статей, 1 Материалы, сырье, реактивы 0,035 0,09...

Характеристика применяемых реактивов и препаратов

Токсичные свойства Bi2O3 не изучены. Соляная кислота HCl. см3.Растворима в воде. Туман соляной кислоты вызывает резкую болезненность кожи лица. При высокой концентрации паров кислоты - раздражение слизистых оболоче... ПДК в воде водоёмов санитарно-бытового водопользования - 10 мг л.

Категорирование лабораторного помещения

Категорирование лабораторного помещения На основании приведенных выше свойств, применяемых в работе веществ лабораторное помещение можно отнести к пожароопасной категории В. Здание кирпичное, степень огнестойкости II, следовательно, число этажей и расстояния между ними не ограничены. 5.1.3

Классификация по ПУЭ

5.1.4 . По ПУЭ лаборатория относится к классу помещений В-Iб. Классификация по ПУЭ. В помещениях данного класса возможно образование горючих паров и газов...

Меры электробезопасности

Меры электробезопасности. В лаборатории используется переменный ток пр... По опасности поражения людей электрическим током лабораторное помещени... Она характеризуется следующими признаками относительная влажность возд... Для обеспечения безопасности условий работы токоведущие части электроо... 5.1.5 .

Производственная санитария

В лабораторном помещении кратность воздухообмена по норме 3-5 час-1. Для искусственного освещения минимальная освещенность по нормам для ра... Вредные вещества собираются в специальные емкости для последующей утил... Пожарная профилактика. Для обеспечения безопасности токоведущие части электрооборудования изо...

Режим личной безопасности

Режим личной безопасности. Для индивидуальной защиты используются резиновые перчатки, х б халаты, защитные очки, марлевые повязки, респираторы. Для оказания первой помощи - аптечка.

Работающим выдается молоко. Персонал должен пройти вводный и первичный инструктаж, а затем стажировку на рабочем месте в течение не менее 10 дней с последующим экзаменом. 6

Охрана окружающей среды от промышленных загрязнений

На сегодняшний день развитие научно-технического прогресса и связанные... Электронная промышленность является одной из наиболее прогрессивных в ... Охрана окружающей среды от промышленных загрязнений. Основная задача - создание таких технологических схем, в которых преду... Одной из проблем, стоящих перед инженером - технологом, является охран...