硅基钽酸锂异质晶圆键合工艺研究

5G移动通信的发展对声表面波滤波器提出了高频、小型化、集成化的要求。相较于传统压电体单晶材料,采用硅基压电单晶薄膜材料制备的声表面波滤波器具有高频、低插入损耗、高温稳定性等优势,是高性能声表面波器件发展的核心基础材料。Smart-Cut^(TM)是制备硅基压电单晶薄膜材料的主要方法,键合工艺是其中的核心工序,键合质量决定了硅基压电单晶薄膜晶圆材料的质量,并影响器件性能。本文通过低温直接键合工艺,对等离子活化、兆声清洗、预键合、键合加固四道工序展开优化,最终实现了键合强度高达1.84 J/m^(2)、键合面积超过99.9%的高质量硅基钽酸锂异质晶圆键合。

硅基钽酸锂压电单晶复合薄膜材料及应用

绝缘体上压电基板(POI)是一种新兴的压电单晶复合薄膜结构材料。POI基板由压电单晶材料薄层(单晶钽酸锂/铌酸锂)、二氧化硅层及高阻硅衬底构成,采用Smart-Cut工艺制备,可保证板层高均匀度及高质量的批量生产。通过这种基板可设计满足5G通信要求的高性能集成声表面波(SAW)谐振器和滤波器。基于POI材料制备的SAW器件具有高频、高品质因数(Q)值、低温度敏感性及较大带宽等优良特性,同时还能在同一芯片上集成多个SAW滤波器,具有广阔的市场应用前景。该文介绍了POI基板的制备、国内外的研究现状及POI基板在高性能SAW滤波器中的应用,综述了制备POI基板的关键技术并展望了未来的发展趋势。

42°Y钽酸锂晶体生长及性能研究

钽酸锂晶体具有优异的压电性能,是声表面波(SAW)滤波器广泛使用的衬底材料。该文采用自主研制的提拉单晶炉,成功生长出4英寸、42°Y方向、外观完整的钽酸锂晶体。经可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率接近80%;经X线摇摆测试,其半高全峰宽(FWHM)为28.4″,单晶性较好;采用差热分析仪对生长的晶体头尾进行居里温度测试,居里温度偏差为4.4℃。声表面波性能测试结果表明,钽酸锂晶体的声表面波速度、机电耦合系数和频率温度系数等指标均满足SAW滤波器的使用要求。

晶体倒角工艺改进方法研究

针对非标准尺寸的晶块和晶圆在倒角过程中存在崩边、崩缺等问题,该文通过设计并排式组合夹具和真空吸附盘组件将产品固定,同时设计45°和弧形刀具,然后采用单一直线和正偏移路径进行加工。实验结果表明,与传统的倒角工艺相比,优化能大幅度地降低倒角过程中产生的崩边、崩缺等问题,不合格率从14.78%降低到3.09%,有利于批量生产。

掺铈钆铝镓石榴石闪烁晶体的研究进展及应用

掺铈钆铝镓石榴石(Ce∶GAGG)是一种新型的无机闪烁晶体材料,在核医学成像、环境辐照剂量监测、空间探测、国土安全及地质勘探等领域有广阔的应用前景。该文总结了Ce∶GAGG闪烁晶体在国内外的最新研究进展,综述了Ce∶GAGG闪烁体探测器在地基、空基和天基搭载平台上的应用,最后展望了Ce∶GAGG晶体材料及其应用的发展方向。

?5.5cm Lu_3Al_5O_(12)∶Pr晶体生长与闪烁性能研究

采用中频感应提拉法生长出?55mm×100mm的好质量Lu3Al5O12∶Pr(Pr∶LuAG)晶体,并对晶体进行X线粉末衍射(XRD)测试,计算了晶胞参数,测试了晶体室温下的透过率、X线激发发射谱、脉冲高度谱和脉冲形状谱。实验结果表明,Pr∶LuAG晶体的发光中心波长为308nm,光输出为19 000光子/MeV,能量分辨率为7.2%@662keV,衰减时间为23ns。

Ce:GAGG闪烁晶体生长与性能研究

采用中频感应提拉法生长出φ50 mm×90 mm的高质量Ce:GAGG晶体,并对晶体进行X线衍射(XRD)测试,计算了晶胞参数,测试了晶体室温下的透过率、X线激发发射谱(XEL)、能谱和衰减时间特性。实验结果表明,Ce:GAGG晶体的发光中心波长为540nm,光输出为54 000光子/MeV,能量分辨率为7.2%@662keV,衰减时间为94ns。

大尺寸TGG晶体生长与性能研究

铽镓石榴石(Tb_3Ga_5O_(12),TGG)晶体具有大的Verdet常数、低的透射损耗、高的热导率及高的激光损伤阈值,是制作高功率全固态激光器中法拉第隔离器的最佳磁光材料。采用自主研发的JGD-800型上称重自动提拉炉,成功生长出φ53mm×80mm,外观完整,无开裂、无螺旋的TGG晶体。加工了用于高功率隔离器、尺寸为φ40mm×30mm的TGG样品,通过可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率约为80.6%;测试晶体的室温热导率为4.566 W/(m·K),其热导率随温度升高而下降。热膨胀测试结果表明,在26.5~200℃时,热膨胀系数为-2.682 0×10-6 K^(-1);在200~500℃时,热膨胀系数为15.090 4×10^(-6) K^(-1)。通过正交消光法测试1 064nm波长晶体的Verdet常数为39.9rad/(mT);经ZYGO干涉仪测试晶体的光学均匀性为4.3×10^(-6),透射波前为λ/5(波长λ=632.8nm);采用波长1 064nm,10Hz、9ns激光测试晶体的激光损伤阈值为3.5GW/cm^2。结果表明,本实验方法生长的大尺寸TGG晶体质量较好,在高功率全固态激光器领域中具有广泛的应用前景。

TGG晶体偏心生长研究

目前高功率全固态激光器急需使用大尺寸、高质量的铽镓石榴石晶体(Tb3Ga5O12,TGG)。采用提拉法生长(111)方向TGG晶体时,极易发生偏心生长,影响晶体质量与使用效率。针对偏心生长,通过分析TGG晶体组分挥发和熔体特性,解释了其形成机理,并提出了相应的解决方法,最后成功生长出外观完整(44 mm×70mm)的TGG晶体。通过对比圆柱状和螺旋状晶体透过率的不同,进一步解释了偏心生长的原因。

65mm级Ce:YSO闪烁晶体研制与闪烁性能研究

采用中频感应提拉法生长了尺寸为65mm×200mm的Ce:YSO闪烁晶体。通过生长不同掺杂浓度的Ce:YSO晶体,并根据相应的测试结果确定了合适的掺杂比例,进一步研究不同工艺参数对晶体发光均匀性的影响。实验结果表明,当铈离子掺杂浓度为0.16%、二氧化硅补偿浓度为0.10%、结晶分数为60%时,晶体发光强度及发光均匀性最佳,调整工艺参数有利于降低晶体发光不均匀性,但降低效果有限。此外,测试了晶体的脉冲高度谱和脉冲形状谱,Ce:YSO晶体的能量分辨率为7.20%@662keV,衰减时间约为52ns,发光余辉时间为156ns。

Fe、Cu离子掺杂及退火对YAP晶体的生长及光谱性能的影响

采用提拉法成功生长了高光学质量掺杂浓度分别为0.2at%的Fe:YAP和0.5at%的Cu:YAP晶体.ICP-AES测试得出Fe、Cu离子在YAP晶体中的分凝系数分别为0.13和0.28.室温下测试了两种晶体经不同气氛高温退火后的吸收光谱和X射线激发发射光谱,分析了光谱特征及退火对光谱产生影响的微观机理.最后研究了两种晶体的热释光性能,发现Cu:YAP晶体是一种非常有潜力的辐照剂量计材料.

钽酸锂黑片的制备与性能研究

为了获得高均匀性、低热释电的钽酸锂(LT)晶片,采用粉末掩埋法对42°Y-LT晶片进行了还原处理。结果表明,还原处理后的晶片电阻率为3.98×10^10Ω·cm;在365nm处透过率约为36.5%,透过率均匀性为1.15;热导率为2.66W/(m·K),热膨胀系数为2.79×10^-6K^-1,满足器件使用要求。通过声表面波器件验证实验表明,晶片抗静电能力效果明显,器件成品率较高,一致性好。

溴化铈晶体的阴阳离子共掺生长方法研究

采用阴阳离子共掺法提高了溴化铈晶体质量。研究结果表明,通过掺杂F-能有效消除晶体开裂、潮解等缺陷,同时掺杂Sr^2+能提高晶体的光学线性输出及能量分辨率。采用改进的坩埚下降法进行晶体生长,掺杂摩尔分数为x(CeBr3)=98%,x(SrBr2)=2%,x(CeF3)=10%时,生长出 45 mm×90 mm的溴化铈晶体毛坯,切割成的器件经137Cs放射源662 keVγ线作用下能量分辨率可达4.0%。

微下拉法晶体生长炉自动控制系统的研究

该文研究了微下拉法晶体生长炉晶体生长的稳定性。根据微下拉法晶体生长特点,设计了2种微下拉法晶体生长的功率自动控制方法,通过控制弯月面高度和生长晶体质量,实现晶体生长自动控制,保证生长过程稳定,实验结果表明,采用自动控制方式可以生长出外形美观,内部质量好的纤维晶体。

CAS晶体生长与习性研究

采用中频感应上称重提拉技术对Ca_2Al_2SiO_7(CAS)压电晶体进行了生长,研究了不同转速及生长方向下晶体的生长习性,从理论上分析了转速和生长方向对晶体形貌的影响。结果表明,晶体外形随转速的增加,其形貌由圆柱状变为正方形,再变为长方形,当转速到一定临界值时,晶体呈多晶状;随晶体生长方向的不同,晶体有不同的显露方向,并都有强的显露面(001)。对晶体不同显露方向进行了X线衍射分析,且对(001)面进行回摆测试。结果表明,晶体结构完整,结晶性能好。

大尺寸Y方向钽酸镓镧压电晶体生长及性能研究

成功采用提拉法生长了尺寸φ80 mm×100 mm的Y方向钽酸镓镧压电晶体,晶体整体透明、无包裹体。采用LCR电桥测量了晶体的相对介电常数,采用谐振-反谐振法测量了压电应变常数。研究了头尾之间性能差异性,头尾频率常数均匀性达到99.95%,表明晶体存在良好的性能均匀性。此外,还对(010)晶面进行了摇摆曲线和频率温度系数测试,测得FHMW和TCF值分别为38.5″、1.23ppm/K。

Φ100 mm级Ca∶Ce∶LYSO闪烁晶体生长及闪烁性能研究

为了满足具有飞行时间技术特点的正电子发射断层扫描仪(TOF-PET)对光输出高、衰减时间短以及上升时间快的Ce∶LYSO闪烁晶体的需要,本文采用中频感应提拉法生长Φ100 mm×100 mm级Ca∶Ce∶LYSO闪烁晶体。晶体整体无色透明、无包裹体。经过紫外可见分光光度计测试,晶体透过率接近理论值,质量较好。将晶体切割研磨抛光后,分别进行脉冲高度谱、衰减时间能谱等测试。在137Cs放射源激发下,Ca∶Ce∶LYSO晶体的光输出达到33962 ph/MeV,能量分辨率为8.6%,衰减时间达到36.70 ns,均优于Ce∶LYSO晶体。通过对晶体轴向及尾部径向取样,相对光输出和能量分辨率不均匀性分别为±2.4%、±9.4%及±1.18%、±6.8%,证明晶体具有较好的均匀性。

一种新型Ce∶GAGG闪烁探测器性能研究

该文将新型掺铈钆稼铝石榴石(Ce∶GAGG)闪烁晶体与CR-173光电倍增管耦合,并将其和分压电路、高压模块、前放电路一起封装在铝合金外壳中,制成新型Ce∶GAGG闪烁探测器。研究了不同尺寸Ce∶GAGG闪烁晶体、不同耦合方式及反射层封装材料对新型Ce∶GAGG闪烁探测器光产额和能量分辨率的影响,同时与封装好的1英寸(1英寸=2.54 cm)掺铊碘化钠(NaI(Tl))闪烁晶体进行对比实验,并对Ce∶GAGG和NaI(Tl)闪烁探测器的能量线性进行测量。实验结果表明,小体积的Ce∶GAGG闪烁探测器性能最好;光学硅脂耦合可提高闪烁探测器的性能;银反射膜(ESR膜)材料封装闪烁探测器性能最好;Ce∶GAGG闪烁探测器性能优于NaI(Tl)闪烁探测器。

激光加热基座法生长高质量Yb^(3+)掺杂Y_(3)Al_(5)O_(12)单晶光纤

单晶光纤即具有光纤形态的单晶材料,是功能晶体材料一维化发展的重要体现。单晶光纤兼具单晶材料优异的光学性能和激光光纤散热效率高、光束质量高等特点,有望解决传统玻璃材质激光光纤非线性效应强、热导率低等瓶颈问题,实现激光峰值功率、脉冲能量等性能的突破。本工作采用自主研制的激光加热基座(Laser-heated Pedestal Growth,LHPG)单晶光纤炉制备了两组Ф0.2 mm×710 mm的Yb^(3+)掺杂Y_(3)Al_(5)O_(12)(Yb:YAG)单晶光纤,并对其进行了表征。制备的单晶光纤长径比大于3500,直径波动小于5%,且表现出一定的柔韧性;X射线摇摆曲线测试结果显示Yb:YAG单晶光纤的结晶质量与所用源棒相比有所提升;EDS线扫描结果证明单晶光纤中的Yb3+沿轴向呈现均匀分布。实验结果表明:准一维化的单晶光纤具有良好的结晶质量与光学均匀性,有望成为一种性能优异的高功率激光增益材料。

Pr∶Lu_3Al_5O_(12)闪烁晶体生长及光学性能研究

本文通过优化晶体生长工艺,采用提拉法生长了浓度分别为0.5at%、1at%和3at%系列高质量Pr3+掺杂Lu3Al5O12晶体。通过ICP、透射光谱、荧光光谱等系统研究了晶体性能。结果表明:Pr∶LuAG晶体在紫外光范围内有较强吸收峰;X射线激发荧光峰较光致激发荧光峰发生蓝移;随掺杂浓度的提高,晶体中Pr3+的浓度成比例提高,同时晶体的透过率及荧光光谱强度都有相应提高。