中长波Cr^(2+)/Fe^(2+)∶CdSe激光晶体生长及元件制备

本文采用自主研发的双温区真空石墨加热单晶炉,通过钼坩埚密封布里奇曼法成功生长出了Cr^(2+)∶CdSe晶体和Fe^(2+)∶CdSe晶体,晶体尺寸达Φ51 mm×110 mm。Cr^(2+)∶CdSe晶体和Fe^(2+)∶CdSe晶体分别在1400~2400 nm和2500~5200 nm波段存在明显的吸收,同时,Cr^(2+)∶CdSe晶体和Fe^(2+)∶CdSe晶体在7~15μm波段透过率均接近CdSe晶体透过极限(~70%),换算吸收系数约为0.005 cm^(-1)。采用钼坩埚密封布里奇曼法制备的Cr^(2+)/Fe^(2+)∶CdSe晶体具有过渡金属离子掺杂浓度可控、掺杂均匀、晶体品质高等优点,可同时作为中波红外激光晶体和长波红外非线性光学晶体材料。

Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体生长及光谱性能

2.7-3.0μm波段激光在很多领域具有重要应用,为探索和发展该波段新型晶体材料,本文采用提拉法生长出Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体,通过共掺入Pr3+离子以达到衰减Ho^(3+):^(5)I_(7)能级寿命的目的.采用X射线衍射测试得到了晶体的粉末衍射数据,测量了拉曼光谱,并对晶体的拉曼振动峰进行指认,对Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体的透过光谱、发射光谱和荧光寿命进行表征.Yb^(3+)的最强吸收峰在966 nm,吸收峰半峰宽为90 nm;2.7-3.0μm波段最强发射峰在2850 nm,半峰宽为70 nm;Ho^(3+):^(5)I_(6)和^(5)I_(7)能级寿命分别为1094μs和56μs.与Yb,Ho:GdScO_(3)晶体相比,Yb^(3+)的吸收峰和2.7-3.0μm的发射峰半峰宽明显展宽,同时下能级寿命显著减小,计算表明Ho^(3+):^(5)I_(7)与Pr^(3+):^(3)F_(2)+^(3)H_(6)能级之间能实现高效的能量传递.以上结果表明Pr,Yb,Ho:GdScO_(3)晶体是性能更优异的2.7-3.0μm波段激光材料.

CsPbBr_(3)晶体生长及变温霍尔效应研究

以定向凝固法提纯的CsPbBr_(3)多晶为原料,采用垂直布里奇曼法生长出尺寸为∅30 mm×70 mm的CsPbBr_(3)单晶。采用ICP-OES对提纯后的多晶测试表明,提纯后的CsPbBr_(3)多晶中杂质含量减少了28.7%。经XRD和EDS对切割得到的晶片分析发现,晶片的晶面方向属{210}晶面族,晶体中Cs、Pb、Br_(3)种元素分布均匀,原子百分含量符合化学计量比。采用傅里叶红外光谱仪和紫外-可见分光光度计对晶体的透过率测试显示,生长晶体在500~4000 cm^(-1)波数范围内的红外透过率超过75%,紫外短波截止边为552 nm,拟合计算出对应的禁带宽度为2.246 eV。选取7个不同温度点对CsPbBr_(3)单晶进行变温霍尔效应测试发现,生长晶体为P型导电,在250~300 K和300~350 K之间晶体中主要的载流子散射机制分别为声学波散射和电离杂质散射,在150~250 K温度范围内,更符合多种散射机构共同作用的散射机制。进一步拟合载流子浓度p与1/T的关系,计算获得晶体中杂质电离能ΔE_(A)=0.3042 eV。

癸二酸溶解度、介稳区及晶体生长速率的测定

旨在促进癸二酸的连续化生产,采用动态法测定癸二酸在289.25~373.15 K范围的溶解度,采用聚焦光束反射测量技术测定了癸二酸在333.15~353.15 K的介稳区,研究了饱和温度和降温速率对介稳区的影响以及过饱和度与晶体生长速率的关系。结果表明:癸二酸的溶解度随着温度的升高而增大;癸二酸的介稳区随饱和温度的增大而变窄,随降温速率的增大而变宽;癸二酸在水溶液中的晶体生长速率与晶体粒度大小无关,与过饱和度呈线性增长关系,生长速率常数为3.611×10^(-6)g/(m^(2)·s),生长级数为1.498。

基于CGSim模拟的炉膛空气对流对碲锌镉晶体生长温场影响研究

碲锌镉晶体生长周期长、生长体系复杂,采用垂直布里奇曼法或者垂直温度梯度法生长碲锌镉(CdZnTe)晶体材料时,晶体的生长过程往往无法直观观察,晶体内部的温场也缺乏相应的手段检测,这对改进晶体生长工艺带来了诸多不便。利用计算机仿真能够将晶体生长的过程重构或再现。本文利用数值模拟软件,在晶体生长炉模型顶部塞子和底部塞子中心开孔,通过调节孔径大小(20~40 mm),对炉膛内气体的对流行为进行了规律性的调控。开孔前,炉膛内气体流速极低(只有10^(-5) m/s),形成流动缓慢、形状稳定的对流胞;开孔后,炉膛内气体流速明显增加(0.25~0.90 m/s),流动状态变为层流。通过控制模型的孔径大小,可以有效改变炉膛内气体层流的流速,相同温度设定下,流速从0.25 m/s增加到0.90 m/s时,温度梯度将从0.5 K/mm增加到1.1 K/mm。在实际空炉上进行开孔测温实验,验证了模拟结果中温度梯度变大的结论。通过监控炉膛内温度随时间的变化,发现层流模式下提高流速,有利于减小炉内温度随时间的波动,提高温场稳定性。温场温度梯度的增加和稳定性的提升,将有利于高质量碲锌镉晶体的制备。

碲锌镉晶体生长温度梯度与界面形状稳定性关系的研究

碲锌镉晶体被广泛用作红外探测器碲镉汞薄膜的外延衬底和制造室温核辐射探测器。在晶体生长过程中,界面形状与热量传输状态密切相关。本文结合数值模拟技术控制碲锌镉晶体生长过程中温度场分布,设计了垂直布里奇曼法和垂直温度梯度凝固法微凸固液界面的晶体生长程序,并根据实际晶体生长实验,分析了晶体生长方法差异与碲锌镉晶体单晶率之间的关系。通过光致发光谱进行成分测试获得了碲锌镉晶体等径段纵截面中Zn值分布谱图,以研究固液界面温度场分布与晶体Zn值宏观偏析之间的关系。结果表明,在晶体生长过程中固液界面两侧温场梯度分布对界面的形状选择和稳定性有重要影响,更大的固相侧温度梯度有助于实现稳定的凸界面晶体生长,从而提高晶体成晶率。

大尺寸CH_(3)NH_(3)PbBr_(3)晶体生长和光电性能表征

卤化物钙钛矿材料作为一种新型的半导体材料,具有材料廉价和光电转换性能优异的优点,基于该材料的各类光电器件已经开始逐步应用。虽然多晶薄膜仍然是主要的研究方向,但其具有形态无序、杂质较多的缺点,而单晶具有无晶界、低缺陷的特点,因此基于大尺寸单晶的研究开始被广泛关注。本文设计了一套内外反控温循环过滤生长装置,采用逆温结晶和籽晶相结合的方法制备了直径大于60 mm的CH_(3)NH_(3)PbBr_(3)单晶,对晶体样品进行了物相、微观形貌、光学和电学性能的研究。该晶体属于立方晶系,空间群为Pm3m;紫外-可见吸收光谱显示吸收截止边约为576 nm,荧光发射谱峰值552 nm;摇摆曲线显示晶体(100)晶面半峰全宽为91.42″。切割抛光后的晶片光响应灵敏,开关比为2.4×10^(3)。

基于模糊解耦的坩埚下降法晶体生长炉温度控制系统

针对坩埚下降法晶体生长炉温度控制系统存在的非线性、滞后性、多温区耦合性等问题。设计了模糊解耦控制器来对生长炉上、下两个温区的温度进行控制,该控制器能够根据上、下温区的实时温度误差以及温度误差变化率,调节两个温区加热棒的功率。与传统解耦和PID算法相比,该方法具有不依赖被控对象的精确数学模型,计算量小,算法设计简单等特点。通过仿真将该方法分别与传统PID算法和传统解耦PID算法进行比较,仿真结果表明,该方法具有很好的动态性能、解耦能力和鲁棒性,有利于提升晶体生长炉的控温精度和加热效率。

双添加剂协同调控钙钛矿晶体生长

通过同时添加氯化铷(RbCl)和亚甲二胺二盐酸盐(MDACl2)至PbI_(2)前驱体溶液,调控钙钛矿晶体生长,制备了甲脒(FA)甲胺(MA)基钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池(PSCs),探究两种添加剂之间的协同作用机理。研究发现RbCl能够与PbI_(2)反应生成惰性的(PbI_(2))2RbCl化合物,稳定了钙钛矿的晶相;MDACl2能够增强结晶取向,稳定钙钛矿的晶相。此外,这两种添加剂的协同调控作用增大了晶粒尺寸,减少晶界,降低薄膜缺陷密度,延长载流子寿命至7倍以上。优化后的电池最高效率达23.76%,迟滞因子低至0.6%,孔径面积为12.6cm^(2)的钙钛矿太阳能组件(PSMs)效率为21.47%。

统一动力学三维分区模型预测含能材料的晶体生长

为了研究黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)和六硝基茋(HNS)晶体的形貌特征,采用了统一动力学三维分区方法对这3种含能材料晶体的实时生长形貌进行了模拟,研究了结晶生长条件对晶体外形和晶面拓扑结构的影响。研究结果表明,RDX预测的晶形呈现类菱形,主要晶面包括(010)、(100)和(110)面;HMX晶体呈柱状,主要晶面包括(011)、(010)和(11−1)面;而HNS晶体呈薄片状,其中(100)面的显露面积最大,所预测的含能材料晶体外形与实验结果吻合。当RDX、HMX和HNS晶体呈现二维成核和外延生长模式时,较高的驱动力(Δμ=418.59 kJ·mol^(−1))导致晶体的分子层不断堆叠,呈现分层生长;而温度较低时,生长单元首先附着在晶面平台区域,逐渐形成“岛状”集聚,随后进行外延生长;当晶面足够大时,可能出现多个大小不同的“岛状”结构,并随时间增长逐渐合并。在较低驱动力下(Δμ=27.21 kJ·mol^(−1)),HNS晶体呈现螺旋位错生长,其中(100)晶面通过一个螺旋轴引发片层生长,形成“梯田”型晶面。通过附着能力分析发现,螺旋的扭结位和台阶面具有较强的吸附能力,而平台上的位点吸附能力较弱。

立方砷化硼晶体生长、性能及应用研究进展

立方砷化硼(c-BAs)是一种间接带隙、闪锌矿结构的新型Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。第一性原理计算预测c-BAs具有超高的热导率,从而激发了对其晶体合成和性能研究的热潮。尤其是近年来在晶体生长方面取得的突破性进展,通过化学气相传输(CVT)法制备了毫米尺寸的高质量c-BAs单晶,室温下其热导率高达1300 W·m^(-1)·K^(-1),吸引了人们极大的关注,也进一步鼓舞了人们对其理论和实验方面的研究。本综述将归纳总结近年来关于c-BAs理论计算、晶体生长、物理性能以及材料应用方面的研究进展,阐述了该晶体制备方面所面临的挑战,并对其发展前景进行展望。

我国1000 kg级超大蓝宝石晶体生长技术取得重要突破

作为大尺寸蓝宝石晶体的行业龙头企业,天通控股股份有限公司、天通银厦新材料有限公司近年来一直致力于突破大尺寸蓝宝石晶体生长和大尺寸蓝宝石衬底片的加工制备技术。2023年10月,公司采用自主研发的核心装备生长出超大尺寸蓝宝石晶体,晶体质量达1080 kg,高800 mm,直径750 mm(最大直径)。经5个多月的工艺优化稳定,目前已进入中试生产阶段。此项目先后成功突破具有自主知识产权的大型泡生法晶体生长炉制造、多温区热场设计制造、大尺寸晶体开裂控制工艺等多项技术壁垒,刷新了新的世界纪录,极大地推动了上、下游产业技术发展,提高了公司在蓝宝石材料相关产业的核心竞争力。

室温辐射探测器用CdTe基化合物半导体晶体生长研究进展

CdTe基化合物半导体材料由于具有较宽的带隙、良好的光电性质和电子传输性能,在室温辐射探测领域具有广阔的应用前景。其中CdTe、CdZnTe、CdMnTe和CdMgTe单晶具有优异的载流子传输特性被用作室温X射线和γ射线探测器。本文探讨了CdTe基晶体生长的离子性强,热导率差等难点。介绍了CdTe基晶体的生长方法,并综述了CdTe基晶体在室温辐射探测领域的研究进展。展望了CdTe基晶体的发展方向,为CdTe基化合物半导体晶体材料的应用提供了更丰富的想象空间。

晶体生长溶液、熔体结构与生长基元

根据喇曼光谱、红外光谱测试了晶体生长的水溶液、溶剂和熔体的结构 ,并且在水热条件下进行了外加直流电场的实验 ,证实了晶体生长基元为负离子配位多面体 ,在不同的温度和溶液浓度条件下 ,负离子配位多面体相互联结成不同结构形式和不同维度的生长基元 (聚集体 ) ,不同维度的生长基元往晶体各个面族上的叠合速率是各不相同的 ,表现在同一种晶体在不同的生长条件下 ,其结晶形态可以各不相同 ,由此进一步阐述了负离子配位多面体生长基元理论模型的合理性。

晶体生长的热动力学分析——以碘化汞晶体为例

为研究热动力学因素对晶体形貌的影响,以碘化汞晶体为例,对晶体生长速率进行分析计算,得到台阶能、面溶解焓、体溶解焓、有效溶质的摩尔分数以及各晶面的生长速率,根据α-HgI_(2)晶体的各晶面的生长速率排序(001)<(110)<(101)<(102)<(103),确定(001)面应为α-HgI_(2)晶体的最大显露面,体现出了α-HgI_(2)晶体的最大形态学特征。

水溶液中硫酸钾晶体生长动力学

The single crystal growth rates of potassium sulfate in pure aqueous solution under different conditions were determined by photomicrography in a flow system for crystal growth. The effects of the main controlling factors, such as supersaturation, crystal size, solution velocity and crystal growth temperature, on crystal growth rates of potassium sulfate were discussed in detail by using non-linear regression from the experimental data, and several empirical relationships were given.The results showed that the growth rates of crystals increased with supersaturation, crystal size, solution velocity and temperature. Moreover supersaturation was the most important controlling factor influencing growth rates of crystals,crystal size and solution velocity were the secondary and temperature was the least. Furthermore, It was found that the growth rate of crystals along the crystallographic axis was higher than that along the in the same condition. The effect of every factor on crystal growth rates along the crystallographic axis was stronger than that along the .

NaBi(WO_4)_2晶体生长研究

ＮａＢｉ（ＷＯ４）２晶体生长研究郑燕宁陈刚任绍霞徐玉恒李铭华（北京玻璃研究院，北京１０００６２）（哈尔滨工业大学应用化学系，哈尔滨１５０００６）ＳｔｕｄｙｏｎＧｒｏｗｔｈｆｏｒＮａＢｉ（ＷＯ４）２ＣｒｙｓｔａｌＺｈｅｎｇＹａｎｎｉｎｇＣｈｅｍＧ...

固相晶体生长技术的发展——从籽晶诱导到无籽晶生长

文章综合概述了固相法晶体生长技术的发展过程与研究进展。首先,回顾了在陶瓷烧结与冶金工艺中经常出现的晶粒异常长大现象,以及由此发展起来的固相法晶体生长技术。对固相法晶体生长工艺和应用领域等进行了简要介绍,对固相法晶体生长技术的典型应用案例和发展历程进行了叙述。然后,着重介绍了一种新的固相晶体生长技术——无籽晶固相晶体生长技术。对无籽晶固相晶体生长技术在无铅铁电压电晶体—铌酸钾钠基晶体中的应用进行详细介绍,并将该方法与常规的高温熔体法和籽晶诱导固相法晶体生长技术的特点进行了比较。最后,在介绍当前关于固相法晶体生长机理讨论的基础上,针对无籽晶固相晶体生长技术,提出了一种新的综合机制模型,力图解释无籽晶固相晶体生长的机理。对无籽晶固相晶体生长技术当前存在的问题以及未来的发展,分别进行了简要的说明与展望。

空间微重力晶体生长研究

空间晶体生长是一个有前景的前沿学科，这一研究主要包括：在微重力条件下晶体生长的基本理论、方法和过程。本文是一篇空间晶体生长的综述，包括５个部分：（１）微重力环境；（２）微重力晶体生长研究背景；（３）晶体生长的空间实验；（４）空间晶体生长的地基实验研究和理论模拟；（５）我国微重力晶体生长发展前景。

碲锌镉单晶体生长参数的实时监控

碲锌镉晶体生长质量与生长条件有着密切的关系。实时检测晶体生长参数,改进生长条件是生长高质量晶体的关键。为此设计了一个参数监控系统,实现对碲锌镉晶体生长过程参数的实时监控、记录、存储和显示。通过对各控制参数数据分析和比较,找到了碲锌镉单晶体生长缺陷的根源,改进了生长设备,制备出了高质量的碲锌镉单晶体。