30 ноября 2011 года проектная компания РОСНАНО «Германий и приложения» запустила новое высокотехнологическое производство электронно-оптических компонентов в Новомосковске (Тульская область). Предприятие входит в комплекс по производству полупроводникового германия и изделий из него, создаваемый ООО «Германий и приложения» при участии РОСНАНО. Общий бюджет проекта составляет 2 160 млн рублей, из них доля РОСНАНО — до 790 млн рублей.

Основная продукция нового производства — плоские заготовки из германия — диски, бруски и пластины, в том числе тонкие, а также сферизованные заготовки для линз. Диагональ прямоугольных заготовок составляет от 6 до 300 мм, диаметр круглых — до 300 мм, диаметр линз — до 200 мм. В 2012–2013 г. ассортимент планируется дополнить оптическими окнами, призмами, линзами и подложками. Объем выпускаемой продукции планируется на уровне 3–4 тонн в год. К 2013 г его планируется увечить до 6 тонн.

Германий и его соединения находят применение в высокотехнологических областях техники, медицины и промышленности. Оптика из германия используется в приборах ночного видения. Германий также используется в датчиках излучений. Из него изготавливаются подложки для фотоэлектрических преобразователей, применяемых в солнечных батареях (прежде всего, космического базирования). В светотехнике германий используется как реагент для производства люминофоров, в химической промышленности — как катализатор, в металлургии применяется для изготовления специальных сплавов, в медицине — в составе биоактивных добавок и противораковых препаратов. На использовании германия основываются многие нанотехнологические решения.

Ключевые свойства изделий из германия, такие как оптические характеристики и механическая прочность определяются наноразмерными покрытиями, составляющими ноу-хау производства.

Производство оснащено уникальными измерительными средствами и другим современным оборудованием, в частности станками с ЧПУ для резки и сферизации заготовок. В ближайшее время к имеющемуся парку станков добавится оборудование для тонкой шлифовки и полировки оптических элементов и подложек. На производстве будут также установлены высокопроизводительные печи Чохральского для выращивания монокристаллов германия.

Новомосковское производство германия и изделий из него является частью масштабного производственного комплекса ООО «Германий и приложения», расширяемого в рамках совместного проекта с РОСНАНО. В Приморском крае на участке угольного разреза ведется добыча германийсодержащего угля. В нескольких километрах от месторождения находится расширяемое и модернизируемое производство германиевого концентрата. Открываемое в Новомосковске производство электронно-оптических компонентов технологически увязано с химическим производством, на котором германий восстанавливается из материалов, образующихся при производстве заготовок и изделий.

Технологическая справка

Германиевые заготовки — изготовленные из поли- или монокристаллического германия пластины, призмы, цилиндры, тела вращения с генерированной поверхностью, которые, после дополнительной обработки, могут быть использованы как оптические или электронные компоненты различных устройств. Заготовки могут иметь особенности: определённые фаски, линейный или нелинейный контур, отверстия и т.п.

В зависимости от назначения, для производства заготовок выбирается германий, имеющий P- или N- тип проводимости, определенным образом легированный и обладающий соответствующим удельным электрическим сопротивлением. Монокристаллический германий имеет определённую ориентацию.

Пропускание в диапазоне длин волн 3–10 мкм не менее 46% (для отполированного образца 10 мм толщины).

Дополнительная обработка, как правило, заключается в шлифовке и полировке поверхностей заготовки, а также в нанесении на эти поверхности специальных покрытий. Изделия — это оптические окна, линзы, подложки и т.д.

Окна и призмы из германия. Окна используются для защиты и изоляции системы от внешнего воздействия. Германиевые окна обеспечивают проникновение в систему только излучения ИК-диапазона.

Возможно изготовление заготовок для плоско-параллельных, клиновидных окон и окон Брюстера с различными особенностями. Толщина окон обычно больше 2 мм.

Пластины и подложки. Германиевые пластины — основа для производства различных подложек для разнообразных применений в солнечных батареях и в электронике. Толщина изготавливаемых пластин находится, обычно, в интервале 0,15 — 2 мм.

Линзы, купола и гипер- полусферы. Германиевые линзы — сферические и асферические — используются в различных оптических системах, работающих в ИК-диапазоне.

Возможно изготовление заготовок для плоско-выпуклых, плоско-вогнутых, двояко-выпуклых, двояко-вогнутых, выпукло-вогнутых линз, асферических линз, куполов и гипер- полусфер.

Заготовки из селенида цинка. Селенид цинка используется для изготовления оптических элементов: окон, линз, зеркал, призм, светоделителей и т.п. с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах и в широкополосных спектральных приборах, работающих в диапазоне от 0.6 до 19 микрон. Он также подходит для изготовления изображающей оптики.

Вследствие большей ширины запрещенной зоны, чем у германия, компоненты из селенида цинка могут использоваться при более высоких температурах (до 2000С против 500С).

Поликристаллический селенид цинка выращивается методом химического осаждения из газовой фазы (CVD — Сhemical Vapor Deposition) и имеет однородную структуру.

Германий, используемый для производства заготовок, это поли- или монокристаллический материал, свойства которого задаются при его производстве из т.н. ГПЗ (германия поликристаллического зонноочищенного). ГПЗ — стандартный материал, получаемый в результате химической переработки германиевого сырья и очистки слитка металлического германия до 99,9999%.

Монокристаллы германия требуемой ориентации выращивают из ГПЗ, который легируется тем или иным химическим элементом для задания определённого типа проводимости и придания монокристаллу других нужных свойств.

Основой получения поликристаллического материала, используемого, также как монокристаллы, в производстве заготовок, является ГПЗ, легированный, в зависимости от назначения, определённым элементом.

В ряде применений используется германий в виде порошка, гранул или кусочков германия. Гранулы и кусочки германия удобно использовать при нанесении покрытий на оптические компоненты. Порошок применяется как легирующая добавка.

Химические соединения германия. Основные химические соединения германия, имеющие разнообразное применение, — диоксид и тетрахлорид германия. Известны другие соединения, например, используемые в качестве медицинских препаратов, биодобавок, средств парфюмерии и косметики органические соединения германия. Германаты находят применение в светотехнике (люминофоры), есть и другие, менее распространённые применения.

Германиевое сырье и переработка отходов. Основным сырьём для производства германия и его химических соединений является германиевый концентрат — продукт специальной переработки германийсодержащего угля. Также в производстве германия используются порошки и суспензии, образующиеся при шлифовке и полировке германиевых заготовок и изделий, германиевый лом и содержащие германий отходы других производств. Вторичное использование германия играет большую роль в общем балансе производства и потребления этого дорогостоящего материала.