科学家优化了微电子光学材料的生产技术

远东联邦大学(FEFU)的科学家们推进了光学陶瓷(Nd3+:YAG)的高速烧结技术，即在近红外波长范围(1.06μm)产生激光发射的有源元件，用于尖端微电子和医学。科学家优化了微电子光学材料的生产技术。研究团队已经成功地减少了初始纳米粉末固结时间（10 – 100倍），形成了一个纳米结构，确保了陶瓷材料的高光学透明度。相关文章出现在《光学材料》上。

基于Nd3+:YAG纳米陶瓷的二极管泵浦微激光器，由于其激光脉冲持续时间短、峰值功率高、光束质量好，再加上元件体积小，因此与测距、电信、空间技术、工业和医学等领域息息相关。

FEFU的年轻科学家们引入了一种新型高速合成技术方法，实现了实验陶瓷材料的光学质量达到世界发展水平。为此，他们曾将从最初的Nd2O3、Y2O3和Al2O3氧化物纳米粉体固态合成Nd3+:YAG结构及其火花等离子体烧结（SPS）的阶段结合起来。

SPS技术的影响因素是陶瓷在烧结过程中会被设置的石墨部分的含碳杂质污染。例如，在碳化物的基础上，在玻璃态和/或结晶态下会形成新的化合物，气体杂质等。不需要的夹杂物会大大降低光学材料的透明度，并导致其机械特性退化。该研究的主要任务是最大限度地减少或完全消除这些杂质的形成。

由于采用了SPS方法，RE3+:YAG光学陶瓷的总固化时间缩短了10-100倍。由于超快烧结，陶瓷晶粒结构的纳米级得以维持，与粗晶相比，其透明度更高。它们的硬度、断裂韧性、塑性等物理机械性能显著提高。

在碳污染影响的背景下，该团队研究了所有关键的烧结参数，如加热速率，外部压力，温度和烧结/后退火的持续时间，Nd3+：YAG陶瓷的透明度。研究团队绘制了一张详细的烧结图，以尽量减少技术方面的负面影响。总的来说，在抑制碳污染的情况下，SPS技术与传统的烧结技术相比有很多优势。

根据科学家的说法，最具挑战性的事情是确定石墨杂质与烧结材料的化学反应开始过程的边界参数。由于这些杂质的含量超低，大多数分析方法都无法适用。只有通过FEFU，化学研究所（FEB RAS）和单晶研究所（乌克兰NAS）的团队共同开发的现代高精度X射线光电子能谱方法，才有可能首次记录了光学材料SPS碳化的初始阶段，描述了其性质和机理。

结果，合成了一种实验性的高掺杂4 at% Nd3+:YAG透明陶瓷。其残余孔隙率小于0.02vol%，在线光学透射率约为理论值的87%，微硬度为13.2GPa，平均晶粒尺寸接近740nm。保留了纳米颗粒结构和材料的高机械特性。获取更多前沿科技 信息 请持续关注：https://byteclicks.com