Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тверской государственный университет

Физико-технический факультет

Кафедра приклодной физики

Соло Георгий Александрович

Влияние редкоземельных элементов на оптические свойства германия

Выпускная работа специалиста

Научный руководитель:

Смирнов Ю.М., к-т ф-м. н.

Научный консультант:

Блохина Г.С.

Допущен к защите «__»_________200_г.

Заведующий кафедрой:

Смирнов Ю.М., к-т ф-м. н.

Тверь 2008г

Введение..................................................................................................3

1. Литературный обзор...........................................................................5

1.1 Оптические свойства...................................................................6

1.2 Поглощение в германии..............................................................9

1.3 Редкоземельные элементы.........................................................14

1.4 Размещение лантаноидов в соответствии с их электронным

строением и периодическим законом Менделеева..................17

2. Теоретическая часть..........................................................................22

2.1 Методы определения коэфициентов пропускания

и поглощения....................................................................................22

2,2 Закон Бугера-Ламберта-Бера......................................................13

3. Экспериментальная часть..................................................................26

3.1 Четырехзондный метод...............................................................26

3.2 Точечно-контактный метод определения типа

проводимости.....................................................................................28

3.3 Приготовление образцов для оптических исследований.........30

3.4 Спектрофотометр инфракрасный ИКС-29................................33

3.5 Расчет коэффициента поглощения и ход эксперимента........36

Выводы....................................................................................................41

Литература...............................................................................................42

Введение

Монокристаллы германия применяются в качестве оптического материала для линз и входных окон устройств. Для этих приборов требуются оптически совершенные образцы с минимальными световыми потерями и максимальной оптической однородностью, работающие в диапазоне длин волн 2,5-14мкм.

Германий является одним из наиболее изученных материалов ИК оптики. В нем прекрасно сочетаются механические и физико-химические свойства. Он обладает высокой твердостью, что позволяет получать высокоточные оптические поверхности. Оптические элементы из германия удобны в эксплуатации: не взаимодействуют с атмосферной влагой, нетоксичны, прочны. Благодаря успешному решению проблемы промышленного производства крупногабаритных монокристаллов, появилась возможность их более широкого использования в оптических устройствах самого различного назначения.

Германий прозрачен в области 1,8—23 мкм. Удается создавать кристаллы, имеющие в области 2—11 мкм коэффициент поглощения

α-10^-2 см^-1. Область максимальной прозрачности Ge представляет большой интерес для практики, так как она почти перекрывает два окна прозрачности атмосферы 3—5 мкм и 8—14 мкм, в районе которых работает большинство ИК-приборов.

Также преимуществом германия по сравнению с другими кристаллами, на­пример ионными, являются такие характеристики, как минимальное изменение показателя преломления с температурой, малый коэффициент теплового расширения, большая теплоемкость, высокие критические температуры, технологичность оптической обработки, высокая тепло­проводность, которая имеет тенденцию увеличиваться с уменьшением ионной составляющей связи.

Поведение редкоземельных металлов (РЗМ) в полупроводниковом германии в последнее время вызывает все больший интерес, связанный с использованием РЗМ для снижения концентрации кислорода в чистом полупроводнике германии, т.к. именно кислородные комплексы оказывают наибольшее влияние на поглощение. Еще одним аспектом вызывающим интерес к этой проблеме является то, что элементы ряда лантана можно расположить по группам и подгруппам таблицы Менделеева в зависимости от заполнения d- и f-оболочек и в зависимости от этого лантаноиды по разному вступают в соединения с германием, от чего в свою очередь зависят оптические характеристики германия.

В данной работе исследуется оптическое поглощение монокристалла германия, легированного несколькими редкоземельными металлами на длине волны 10,6 мкм, с целью выявления зависимости оптических свойств германия от влияния того или иного элемента и на основе этого вынести предположение о месте лантаноидов в таблице Менделеева.