晶体院山东公司大尺寸、大厚度CVD ZnS晶体生长取得新突破

近期,中材人工晶体研究院(山东)有限公司(简称晶体院山东公司)红外产业部在大尺寸、大厚度化学气相沉积硫化锌(CVD ZnS)晶体生长技术领域取得重要突破。他们利用大型 CVD ZnS 生长装备,克服了反应气体流型不均匀带来的材料质量下降、沉积主气路系统堵塞、超长时间生长系统不稳定和工艺不稳定等一系列难题,生长出长2 m、宽1 m、厚35 mm的红外级硫化锌多晶材料(见图1)。

图1 长 2 m、宽 1 m、厚 35 mm 的硫化锌板材

红外光学领域有一类结构和功能材料,作为各类红外成像、探测、红外激光等先进设备的窗口和镜头而得到广泛应用。近十年来,为了提高武器的灵敏度和抗干扰能力,需要机载、弹载、空间载荷等光电探测系统性能提高和功能拓展,相应的对这类材料的尺寸、厚度、性能和使用效能的要求越来越高,因此迫切需要综合性能优异的可供多波段共用,实现“多光合一”设计理念的大尺寸、大厚度光学材料。

CVD ZnS 晶体的透过波段宽(0.35～13 μm),在可见光、近红外、中波红外和长波红外都有很好的透过率,可以囊括现代军事光学探测所依赖的大部分波段范围,因此在提高武器打击精度上有很大优势。同时,CVD ZnS 晶体带隙较高(3.5 eV),在高达 600 ℃ 温度下都能保持较高和很宽波段的光学透过率,这使得 CVD ZnS 光学整流罩和窗口成为长波红外末制导导弹唯一可选用材料。

目前,晶体院山东公司掌握 CVD ZnS 晶体的核心生长技术,正在把这种材料快速推进产业化。这在一定程度上满足了国家特殊领域的使用需求,但距离大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶体的批量需求还存在不小差距。从国外进口材料不仅价格昂贵、周期长,还存在随时被禁运的风险。虽然大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶体的研发成本高、技术困难,国家仍然亟待打破国际封锁,实现国产化。

晶体院山东公司红外产业部沉积工序保证稳定生产通用规格 CVD ZnS 晶体的同时,在张福昌博士的指导下,同步推进大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶体生长技术的研究。该团队本着“首先规范稳定生产,技术上保持小步快跑、稳中求进”的生产理念,在近一年的时间里,稳步提高CVD ZnS的生长尺寸和厚度,直至成功开发出大尺寸、大厚度、高质量的 CVD ZnS 晶体。此次长 2 m、宽 1 m、厚35 mm CVD ZnS 晶体生长技术的突破,不仅推动了国家在诸多光电探测领域产品性能的提高,还显著降低了生产成本,大幅提升了晶体院山东公司在红外产业领域的影响力和核心竞争力!