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)紅外產業部在大尺寸、大厚度化學氣相沉積硫化鋅(CVD ZnS)晶體生長技術領域取得重要突破。他們利用大型 CVD ZnS 生長裝備,克服了反應氣體流型不均勻帶來的材料質量下降、沉積主氣路系統堵塞、超長時間生長系統不穩定和工藝不穩定等一系列難題,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

紅外光學領域有一類結構和功能材料,作為各類紅外成像、探測、紅外激光等先進設備的窗口和鏡頭而得到廣泛應用。近十年來,為了提高武器的靈敏度和抗干擾能力,需要機載、彈載、空間載荷等光電探測系統性能提高和功能拓展,相應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異的可供多波段共用,實現“多光合一”設計理念的大尺寸、大厚度光學材料。

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,可以囊括現代軍事光學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勢。同時,CVD ZnS 晶體帶隙較高(3.5 eV),在高達 600 ℃ 溫度下都能保持較高和很寬波段的光學透過率,這使得 CVD ZnS 光學整流罩和窗口成為長波紅外末制導導彈唯一可選用材料。

目前,晶體院山東公司掌握 CVD ZnS 晶體的核心生長技術,正在把這種材料快速推進產業化。這在一定程度上滿足了國家特殊領域的使用需求,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。從國外進口材料不僅價格昂貴、周期長,還存在隨時被禁運的風險。雖然大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶體的研發成本高、技術困難,國家仍然亟待打破國際封鎖,實現國產化。

晶體院山東公司紅外產業部沉積工序保證穩定生產通用規格 CVD ZnS 晶體的同時,在張福昌博士的指導下,同步推進大尺寸、大厚度 CVD ZnS 晶體生長技術的研究。該團隊本著“首先規范穩定生產,技術上保持小步快跑、穩中求進”的生產理念,在近一年的時間里,穩步提高CVD ZnS的生長尺寸和厚度,直至成功開發出大尺寸、大厚度、高質量的 CVD ZnS 晶體。此次長 2 m、寬 1 m、厚35 mm CVD ZnS 晶體生長技術的突破,不僅推動了國家在諸多光電探測領域產品性能的提高,還顯著降低了生產成本,大幅提升了晶體院山東公司在紅外產業領域的影響力和核心競爭力!