[发明专利]高纯度锗晶体材料的表面处理装置及处理方法

说明书

本发明公开了高纯度锗晶体材料的表面处理装置及处理方法，涉及光学元件加工技术领域，为解决现有技术中，传统的锗晶体材料的表面处理方式存在的酸洗设备昂贵、操作难度大、对人员的能力要求较高的技术问题，本发明的技术方案如下：本发明中的高纯度锗晶体材料的表面处理装置，包括盛放锗晶体材料的盛料槽、垫条和加热器；所述盛料槽固定于加热器的发热面，所述盛料槽的顶部为敞开结构，侧面上部开设进水口，所述进水口与进水管路连接，所述进水管路上设有体积流量计和进水阀，所述进水口相对的盛料槽侧面下部开设出水口，所述出水口与出水管路连接，所述出水管路上设有出水阀。

技术领域

本发明涉及光学元件加工技术领域，尤其涉及高纯度锗晶体材料的表面处理装置及处理方法。

背景技术

锗晶体的光谱透过波长范围2-12μm，覆盖了1-3μm，3-5μm，8-12μm三个“大气窗口”，尤其在8-12μm波段，锗晶体有良好的红外透过性能，而且具有高的折射指数、低色散、不潮解、机械强度高和化学稳定性好等优点,一直是红外光学系统的首选红外光学透过材料和应用最广泛、最基础的红外光学晶体材料。

虽然锗的化学性质相对稳定，在常温下不与空气、酸、碱等发生化学反应。但是如果锗材料放置于空气中，会与空气中的氧气和水蒸气接触而发生缓慢的氧化反应，生成一氧化锗或二氧化锗薄膜附着在锗材料表面形成氧化层，化学反应方程式为：

2Ge+O₂＝2GeO

Ge+O₂＝GeO₂

制作红外光学元件的锗单晶对原料的纯度要求很高，在生长以前，必须对锗材料进行表面处理，将这些氧化层去除，否则会在锗单晶中引入氧元素杂质，造成在长波红外波段的透过率下降，无法满足红外光学元器件的透过率要求，从而形成光学元件报废，最终造成生产经营成本增加、资源浪费和经济损失。

工业生产的锗材料一般通过热的氢氟酸或王水清洗获得光亮表面，酸洗设备昂贵，操作难度大，对人员的能力要求较高。而且热酸清洗方式会产生有毒气体，造成环境污染和人体伤害，如果不能及时清洗表面残留的酸，还会在锗材料表面留下氧化层，造成表面二次污染。同时，锗易与热酸发生化学反应，在热酸中的溶解速度很快，锗材料损耗严重，造成希贵锗资源浪费和经济损失。

发明内容

为解决现有技术中，传统的锗晶体材料的表面处理方式存在的酸洗设备昂贵、操作难度大、对人员的能力要求较高的技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明中的高纯度锗晶体材料的表面处理装置，包括盛放锗晶体材料的盛料槽、垫条和加热器；所述盛料槽固定于加热器的发热面，所述盛料槽的顶部为敞开结构，侧面上部开设进水口，所述进水口与进水管路连接，所述进水管路上设有体积流量计和进水阀，所述进水口相对的盛料槽侧面下部开设出水口，所述出水口与出水管路连接，所述出水管路上设有出水阀。

进一步，所述进水口的开设位置高于盛料槽高度的2/3。

进一步，所述出水口到出水阀之间的出水管路、进水口到进水阀之间的进水管路均为石英材质，所述出水阀及进水阀为耐腐蚀阀门。

进一步，所述垫条的结构为三棱柱或半圆柱体。

进一步，所述盛料槽和垫条的材质为高纯石英。

进一步，所述进水口为扇形结构。扇形进水口可使出水面的覆盖范围增大，尽可能的将顶部的锗晶体表面都可被水冲刷到，充分喷洒和冲洗锗材料表面，避免锗晶体表面被残留的腐蚀剂氧化，造成二次污染。

本发明还提供了高纯度锗晶体材料的表面处理方法，使用如上所述的高纯度锗晶体材料的表面处理装置，所述表面处理方法包括如下步骤：