煤矸石富镓母液中低浓度硫酸镓水解沉淀制备氧化镓

我国煤矸石中蕴藏大量镓资源,镓的伴生回收利用逐渐成为研究热点。伴生镓经酸法提取与富镓母液电解造液制备金属镓,镓综合回收率仅60%。随着氧化镓需求量增加,研究富镓母液直接水解沉淀制备氧化镓新工艺,通过缩减金属镓制备流程,显著提高镓产品综合回收率。然而富镓母液中镓离子浓度低、且与硫酸根共同作用水解转化机制尚不明确,为实现低浓度硫酸镓母液中氧化镓的高效制备,开展水解过程工艺和转化机理研究。通过正交试验考察硫酸体系下镓水解过程的反应温度、反应时间、搅拌转速、体系pH、初始镓浓度等因素对镓沉淀率和水解产物的影响,结合理论计算不同pH下镓的羟基配离子形态变化,明确低浓度硫酸镓溶液水解过程镓的转化机理,进一步通过单因素试验优化得到最优镓水解参数,水解产物经过煅烧制备得到氧化镓。结果表明,镓水解过程影响因素排序依次为体系pH、反应时间、初始镓浓度、搅拌速率、反应温度。硫酸体系不同沉淀pH下镓羟基配离子形态转变与沉淀物相对应规律为pH<3.5时,溶液中Ga^(3+)和Ga(OH)^(2+)占据主要优势,在硫酸根与镓离子的亲和作用下沉淀物相为镓明矾石;3.56.5时,溶液中以Ga(OH)_(4)^(-)为主,沉淀物相由无定形氢氧化镓氧化缩合为羟基氧化镓。根据正交和单因素试验优化得到硫酸镓溶液沉淀工艺参数为pH=5.0、初始镓质量浓度1 000 mg/L、反应时间20 min、搅拌速率150 r/min、反应温度20~25℃,镓回收率达99.5%以上,沉淀物相为无定形氢氧化镓。

氧化镓单晶的磨削材料去除机理和损伤演化研究

为了探究氧化镓单晶在磨削过程中材料去除机理和亚表面损伤演化规律,通过变切深纳米划痕试验模拟单颗磨粒去除材料的过程来探究磨削过程中的材料去除机理,使用粒度分别为SD600、SD1500和SD5000的金刚石砂轮对氧化镓单晶进行磨削试验,分析磨削表面形貌和亚表面的损伤演化规律.使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜作为主要表征手段,采用有限元法分析划痕过程中的应力分布.研究结果表明,氧化镓单晶在材料去除过程中沿不同晶向扩展的交错滑移带可能导致不规则的破碎坑,取向裂纹受到(-3-10)滑移面的严重影响.随着砂轮粒径的减小,磨削表面形貌表现为破碎坑和取向裂纹主导的脆性表面逐渐演化为完全塑性表面.

氧化镓悬臂式薄膜日盲探测器及其电弧检测应用

金属-半导体-金属(MSM)型氧化镓薄膜探测器的性能高度依赖于氧化镓薄膜的均匀性,工艺难度较高,对规模化、量产化薄膜探测器提出了挑战.本文首次在量产化悬臂式薄膜芯片表面物理沉积氧化镓薄膜,实现了一个五对叉指电极结构的MSM型氧化镓薄膜日盲探测器.得益于微机电系统(MEMS)工艺制备的悬臂式电极结构保护了内部电路与探测薄膜的完整均匀性,所获得的氧化镓薄膜虽然是非晶结构,但探测器仍然具备良好的紫外探测性能.在18 V偏压下其探测率达到7.9×10^(10) Jones,外量子效率达到1779%,上升和下降时间分别为1.22 s和0.24 s,接近晶体氧化镓薄膜的探测性能.该探测器在无任何光学聚焦系统的情况下,实现了对户外日光环境下脉冲电弧的灵敏检测,将在日盲探测领域具有良好的潜在应用价值.本工作基于MEMS工艺的悬臂式电极结构开发的敏感功能薄膜沉积技术,避免了功能薄膜大面积均匀性对刻蚀电路的影响,为MSM型薄膜探测器的制备提供了新的技术方法和工艺路线.

PEN衬底氧化镓基柔性紫外探测器的制备与性能研究(特邀)

针对传统硬性衬底无法弯折的问题,采用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底制备柔性紫外光电探测器。柔性衬底具有的抗曲折性,能够提升探测器的鲁棒性,并且能让其适用于各种复杂形态的应用场景,同时减少占用空间,有助于整个电路的集成化。实验使用磁控溅射镀膜工艺首先在PEN衬底上生长氧化镓薄膜,并在氧化镓薄膜上生长氧化铟锡电极,在室温下成功制备柔性氧化镓紫外光电探测器,器件响应波长处于小于280 nm的深紫外区。将器件弯折20000次后其暗电流无显著变化,光电流增大,保持了良好的紫外光探测性能,探测器上升时间和衰减时间分别为0.24 s/0.74 s和0.10 s/0.71 s,其电流-时间特性曲线呈现周期性稳定,表明即使经过多次弯折,柔性氧化镓紫外探测器仍然具有良好的光电探测性能。

磷化镍修饰磷掺杂氧化镓可见光催化水分解产氢

以Ga_(2)O_(3)半导体为前驱体,用浸渍加低温磷化法制备了P掺杂Ga_(2)O_(3)表面修饰Ni_(2)P光催化剂(x-Ni_(2)P/Ga_(2)O_(3)-P_(y),x代表Ni^(2+)和Ga_(2)O_(3)的物质的量之比,y代表NaH_(2)PO·H_(2)O与Ga_(2)O_(3)的物质的量之比)。5%-Ni_(2)P/Ga_(2)O_(3)-P_(6)催化剂展现出在纯水中光催化析氢的高活性,在430 nm光照下的光量子效率为0.22%。机理研究结果表明Ni_(2)P修饰和P掺杂扩展了催化剂的光响应范围,同时提升了载流子分离迁移效率,其长周期光催化反应稳定性明显优于未磷化催化剂。

超宽禁带半导体氧化镓材料的专利分析

【目的】氧化镓是一种超宽禁带半导体,具有耐高压、耐高温、功率大、抗辐照等特性,极有可能在未来成为高功率、大电压应用领域的主导者,在全球科研与产业界引起了广泛重视。从专利角度对氧化镓材料进行分析,为相关产业的发展和专利布局提供参考。【方法】基于全球相关专利数据,从专利申请趋势、专利权人排名、技术来源国、技术领域IPC分类等维度对氧化镓材料进行分析。【结结果果】揭示了氧化镓在不同国家/地区的竞争态势、技术实力及我国与国际先进水平的差距。【结论】氧化镓材料的研究主要集中在半导体器件及晶体生长方面,国内相关研究起步晚,但发展迅速。

γ射线在氧化镓中的能量沉积仿真研究

氧化镓作为新型宽禁带半导体材料在核辐射探测领域具有可观的应用前景。研究的主要目的是分析氧化镓作为核辐射探测器材料的能量沉积性能。基于蒙特卡罗方法对γ射线在氧化镓中的能量沉积进行仿真,分析了不同因素(射线能量、辐射剂量、晶体厚度、横截面积、探测距离)对于能量沉积效果的影响。结果表明:氧化镓对98~185.7 keV范围内γ射线的吸收率大于50%,能满足对U^(235)燃料棒探测的基本需求。文章结果为氧化镓核辐射探测器的设计提供了理论支撑。

氧化镓中子辐照损伤模拟研究

氧化镓(Ga2O3)材料作为代表性的超宽禁带半导体材料之一,具有宽带隙、高击穿电场等优异的物理性能,在深空探测的器件中具有广阔的应用前景。为了研究和揭示深空环境下Ga2O3材料的辐射损伤对探测器性能的影响,本文利用Geant4模拟研究了不同能量中子辐照Ga2O3材料产生的辐射损伤效应,包括位移损伤和电离损伤。结果表明:Ga2O3中中子产生的反冲原子能量主要在低能区,全部发生小角度散射;对于中子辐照产生的二次粒子,发生非弹性散射和裂变反应时能量损失大,中子有显著的核反应;中子在Ga2O3材料中输运时,还会产生一定数量的次级质子、伽马粒子、中子及alpha粒子,都会对Ga2O3材料造成电离损伤和位移损伤。模拟结果为中子辐照环境下Ga2O3材料的实验研究提供理论指导,对Ga2O3材料应用于深空探测具有参考价值。

富加镓业突破性进展——国内首次实现坩埚下降法生长3英寸氧化镓晶体

2024年7月,杭州富加镓业科技有限公司(简称“富加镓业”)在国内首次采用坩埚下降(VB)法生长了3英寸氧化镓单晶(见图1、图2),这是该公司在氧化镓单晶生长领域取得的又一次重大突破,标志着该公司在氧化镓单晶生产技术上又迈出了重要一步,为国内半导体材料的产业化注入了新的活力。

通过改变氧空位的含量优化氧化镓基阻变存储器的性能

阻变存储器由于其结构简单、运行速度快、功耗低、与互补金属氧化物半导体工艺兼容等优点,近年来得到了广泛的应用。本文提出了一种通过氮气退火调控氧空位含量,进而提高非晶氧化镓阻变存储器性能的方法。在磁控溅射的氧化镓阻变存储器中观察到优异的双极电阻开关行为,具有超过10~4的大记忆窗口、长达1500 s的保持时间和10~8的循环次数。X射线光电子能谱表征表明,氮气退火的氧化镓薄膜电阻开关性能的提高是由于更高的氧空位密度。这些结果表明了这种器件在未来高密度非易失性存储器应用中的巨大潜力。

一家氧化镓公司横空出世

东北大学于2024年10月17日宣布,成立了一家名为F0X的初创公司,在以低成本大规模生产β型氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))晶圆。采用该校与该校初创公司C&A联合开发的无贵金属单晶生长技术,可以以比SiC(硅)更低的成本生产出与硅相当的低缺陷β-Ga_(2)O_(3)/衬底。目标是将该技术投入实际应用。

氧化镓材料及其制备方法与工艺现状

超宽禁带半导体材料-Ga_(2)O_(3)性能优越、制造成本低,在日盲紫外探测、电力电子器件、射频器件等领域优势明显。Ga_(2)O_(3)晶体及外延生长方面,日本拥有Novel Crystal Technology(NCT)和Flosfia两家可商业化量产的公司。NCT公司能采用导模法和垂直布里奇曼法生产150 mm(6英寸)单晶氧化镓。外延层生长方面,目前卤化物气相外延、雾滴-化学气相沉积技术均已实现100 mm(4英寸)外延片的量产。国内氧化镓晶体生长及外延层制备已有布局,并已掌握了导模法制备150 mmβ-Ga_(2)O_(3)晶体生长以及HVPE法同质外延100 mm晶圆技术,镓仁半导体采用铸造法制备了150 mm非故意掺杂及导电型氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶及衬底,但国内量产水平偏低。

超宽禁带半导体氧化镓器件热问题的解决策略

氧化镓是一种具有超宽带隙(4.5~4.9 eV)以及高达8 MV/cm理论临界击穿场强的半导体材料,在电子器件领域正迅速崭露头角。其以卓越的电子特性被业界广泛看好,有望成为继碳化硅和氮化镓之后的新一代半导体材料,在高频、高功率应用中发挥重要作用。

纳米针状氧化镓光催化降解纯水和废水中全氟辛酸

采用聚乙烯醇调控的水热法合成了对全氟辛酸(PFOA)有高光催化活性的纳米针状Ga2O3. 其颗粒长3-6 μm, 宽100-200nm, 具有较大的比表面积(25.95 m2/g)和纳米孔结构(4-25 nm). 在普通紫外光照射下(λ = 254 nm), 纳米针状Ga2O3光催化降解纯水中PFOA的反应半衰期为18.2 min, PFOA的一级反应降解动力学常数为2.28 h 1, 分别为商品Ga2O3和TiO2作为催化剂时的7.5和16.8倍. 此外, 当纳米针状Ga2O3与真空紫外光(λ = 185 nm)结合时, 不仅可以更高效地降解纯水中的PFOA (反应速率常数4.03h 1), 而且能有效消除废水中共存有机物的影响, 从而高效分解废水中的PFOA (反应速率常数3.51 h 1), 且此方法的能耗远远低于文献报道的其他方法的能耗值.

氧化镓纳米带的制备研究

纳米带是继纳米线、纳米管之后 ,最新报道的又一种准一维纳米结构。文中介绍了 Ga2 O3纳米带制备的新方法。这种方法与首次报道的纳米带的生长方法有很大不同。用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物形貌进行了分析 ,纳米带宽约 5 0 0 nm,厚度约 1 0 nm,宽度 /厚度比大于 2 0。选区电子衍射 (SAED)分析表明 ,产物是纯净的 Ga2 O3单晶。实验还发现了一些特殊形态的纳米结构 ,如纳米片等 ,证明了纳米带是一种常见并稳定存在的形态。最后 ,根据实验现象对纳米带的生长机制进行了初步的分析与讨论。

导模法生长高质量氧化镓单晶的研究

使用导模法生长了宽度25 mm,长度100 mm的氧化镓(β-Ga_2O_3)单晶。晶体外观完整、无色、无开裂,粉末XRD测试证明所获得的晶体为β相,晶体摇摆曲线半峰宽为93.6",峰形对称,说明晶体质量良好。测试了未掺杂晶体的紫外透过光谱,并推算了晶体的禁带宽度为4.77 eV。此外,还重点讨论了晶体放肩时的工艺参数对晶体质量的影响。

氧化镓纳米带的合成和发光性质研究

采用化学气相沉积法,以碳纳米管作还原剂还原Ga2O3粉末,生成的气态Ga2O和载气Ar中的微量O2反应,在多孔氧化铝模板上沉积得到了Ga2O3纳米带。用扫描电子显微镜,透射电子显微镜和选区电子衍射对产物的结构和形态进行表征,发现产物为β鄄Ga2O3纳米带,宽度在20￣500nm之间,厚度为5￣100nm,长度可达几十微米。产物中还有几微米宽的Ga2O3纳米片。光致发光谱结果表明β鄄Ga2O3纳米带能发射蓝光和紫外光。文中还简单推测了β鄄Ga2O3纳米带的形成机理。

碳热法合成具有蓝光发射特性的氧化镓纳米线、纳米带和纳米片(英文)

利用碳纳米管通过碳热法合成了氧化镓纳米线、纳米带和纳米片。采用扫描电镜和透射电镜对其进行了形态和结构表征。合成的氧化镓纳米结构是单晶体。室温光致发光谱分析发现,氧化镓纳米晶在蓝光区域487nm处产生明显的发射峰。

氧化镓的同步辐射研究

利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置产生高压,使用体积比为16∶3∶1的甲醇、乙醇和水混合液作为传压介质,通过原位高压同步辐射技术对氧化镓的高压行为进行了研究(0～42.5GPa)。实验发现在室温下13.3GPa压力附近,单斜结构的氧化镓发生了结构相变,变成三角结构。相变后镓离子由原来同时位于由氧离子围成的四面体和八面体的中心位置变成只位于八面体的中心位置。卸压后的X射线衍射谱表明,氧化镓又恢复为单斜结构,该相变为可逆相变。

新型研磨垫对单晶氧化镓研磨的实验研究

为抑制氧化镓晶片在研磨过程中的解理现象,通过NAKAMURA的方法,重新设计、研制一种黏弹性固着磨料新型研磨垫对氧化镓晶片进行研磨实验研究,对比分析其与传统铸铁研磨盘对单晶氧化镓研磨的材料去除率和表面质量的影响规律,结果表明:在同一研磨参数下,采用铸铁盘研磨时,晶片材料去除率较高,为358nm/min,研磨后晶片表面粗糙度Ra由初始的269nm降低到117nm,降幅仅为56.5%;而采用新型研磨垫研磨时,其材料去除率虽较低,为263nm/min,但研磨后晶片表面粗糙度Ra却降低至58nm,降幅达到78.4%,晶片表面质量得到明显提高,为后续氧化镓晶片的抛光奠定了良好的基础,因而新型研磨垫更适合对氧化镓进行研磨。同时,也为氧化镓晶片研磨提供了参考依据。