晶體院山東公司大尺寸、大厚度CVD ZnS晶體生長取得新突破

近期,中材人工晶體研究院(山東)有限公司(簡稱晶體院山東公司)紅外產(chǎn)業(yè)部在大尺寸、大厚度化學(xué)氣相沉積硫化鋅(CVD ZnS)晶體生長技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破。他們利用大型 CVD ZnS 生長裝備,克服了反應(yīng)氣體流型不均勻帶來的材料質(zhì)量下降、沉積主氣路系統(tǒng)堵塞、超長時間生長系統(tǒng)不穩(wěn)定和工藝不穩(wěn)定等一系列難題,生長出長2 m、寬1 m、厚35 mm的紅外級硫化鋅多晶材料(見圖1)。

圖1 長 2 m、寬 1 m、厚 35 mm 的硫化鋅板材

紅外光學(xué)領(lǐng)域有一類結(jié)構(gòu)和功能材料,作為各類紅外成像、探測、紅外激光等先進(jìn)設(shè)備的窗口和鏡頭而得到廣泛應(yīng)用。近十年來,為了提高武器的靈敏度和抗干擾能力,需要機(jī)載、彈載、空間載荷等光電探測系統(tǒng)性能提高和功能拓展,相應(yīng)的對這類材料的尺寸、厚度、性能和使用效能的要求越來越高,因此迫切需要綜合性能優(yōu)異的可供多波段共用,實(shí)現(xiàn)“多光合一”設(shè)計(jì)理念的大尺寸、大厚度光學(xué)材料。

CVD ZnS 晶體的透過波段寬(0.35～13 μm),在可見光、近紅外、中波紅外和長波紅外都有很好的透過率,可以囊括現(xiàn)代軍事光學(xué)探測所依賴的大部分波段范圍,因此在提高武器打擊精度上有很大優(yōu)勢。同時,CVD ZnS 晶體帶隙較高(3.5 eV),在高達(dá) 600 ℃ 溫度下都能保持較高和很寬波段的光學(xué)透過率,這使得 CVD ZnS 光學(xué)整流罩和窗口成為長波紅外末制導(dǎo)導(dǎo)彈唯一可選用材料。

目前,晶體院山東公司掌握 CVD ZnS 晶體的核心生長技術(shù),正在把這種材料快速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。這在一定程度上滿足了國家特殊領(lǐng)域的使用需求,但距離大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶體的批量需求還存在不小差距。從國外進(jìn)口材料不僅價格昂貴、周期長,還存在隨時被禁運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。雖然大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶體的研發(fā)成本高、技術(shù)困難,國家仍然亟待打破國際封鎖,實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

晶體院山東公司紅外產(chǎn)業(yè)部沉積工序保證穩(wěn)定生產(chǎn)通用規(guī)格 CVD ZnS 晶體的同時,在張福昌博士的指導(dǎo)下,同步推進(jìn)大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶體生長技術(shù)的研究。該團(tuán)隊(duì)本著“首先規(guī)范穩(wěn)定生產(chǎn),技術(shù)上保持小步快跑、穩(wěn)中求進(jìn)”的生產(chǎn)理念,在近一年的時間里,穩(wěn)步提高CVD ZnS的生長尺寸和厚度,直至成功開發(fā)出大尺寸、大厚度、高質(zhì)量的 CVD ZnS 晶體。此次長 2 m、寬 1 m、厚35 mm CVD ZnS 晶體生長技術(shù)的突破,不僅推動了國家在諸多光電探測領(lǐng)域產(chǎn)品性能的提高,還顯著降低了生產(chǎn)成本,大幅提升了晶體院山東公司在紅外產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的影響力和核心競爭力!