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。

CdZnTe衬底的退火改性技术研究

针对高性能碲镉汞红外探测器对碲锌镉(CdZnTe)衬底质量需求的不断提升,采用高温-真空退火方式,对碲锌镉衬底进行退火改性研究。结果发现:碲锌镉衬底的红外透过率得到明显地改善,在红外波段(2.5~25μm)均达到60%以上;晶片中的第二相夹杂得到极大地改善,可实现无大于1μm的第二相夹杂,即可实现红外显微镜下夹杂不可见;Zn组分分布均匀性得到极大地改善,通过退火分压的调节,可实现衬底中Zn组分可调和Zn值的组分均匀分布,其中Zn组分可控制在0.044~0.051范围内,成分标准偏差可控制在0.001以下,衬底的组分可控和均匀分布为大面阵碲镉汞红外探测器的质量提升奠定了坚实的材料基础。

镱浓度对钬镱双掺二氧化钛上转换发光的影响

以钛酸丁酯为前躯体,乙醇为溶剂,冰乙酸为催化剂,用溶胶-凝胶法制备了TiO2∶Ho3+/Yb3+上转换发光纳米粉体,并研究其上转换发光机制.通过X射线衍射,能谱及扫描电镜对样品进行表征,结果表明样品是金红石型结构的粉体,样品中含有所掺杂的元素Ho和Yb,样品颗粒非常细小,直径约为100 nm,呈球形,并有明显的团聚现象.在常温下选用中心波长为980 nm、最大输出功率500 mV二极管激光器作激发光源测定样品的上转换发光性能,结果显示:在TiO2∶Ho3+/Yb3+样品的上转换荧光光谱中观察到红光和绿光,且绿光的强度比红光的强,绿光的强度约是红光强度的两倍,当Yb3+离子浓度为2.5 mol%时,位于543 nm处绿光的发射强度达到最大值.并详细研究了上转换发光机制.

PBN坩埚生长碲锌镉单晶的性能与缺陷研究

采用垂直布里奇曼法,利用热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉单晶(CdZnTe),并对晶体进行定向、切割与磨抛制成(111)面碲锌镉晶片。采用傅里叶红外透过光谱仪、红外透射显微镜、金相显微镜、X射线形貌仪、X射线衍射仪和X射线双晶衍射仪等仪器系统地检测和研究了碲锌镉晶体的性能与缺陷。研究发现:相比于石英坩埚,采用PBN坩埚生长的碲锌镉晶体单晶率和出片率均大幅增加,孪晶、小角晶界和位错密度明显减少。

碲锌镉晶体中微观缺陷分析

碲锌镉晶体(CdZnTe)是一种性能优异的红外焦平面探测器衬底材料,其质量的优劣将直接影响外延层的结构与性能,而晶体中的微观缺陷常常是影响衬底材料质量的主要因素之一。本文采用红外透射显微镜、金相显微镜、X射线形貌仪、扫描电镜、白光干涉仪等仪器系统地检测和研究了碲锌镉晶体中存在的微观缺陷。研究发现碲锌镉晶体样品中主要存在层错、孪晶界和包裹物等微观缺陷,结合晶体缺陷理论详细地分析了碲锌镉晶体中微观缺陷的形成机制。

VGF法生长半导体晶体的研究进展

VGF法可实现晶体生长条件可控,晶体重复性好,所生长晶体尺寸大、位错密度低、应力小,是一种很有前景的晶体生长方法。本文综述了VGF法生长半导体晶体、数值模拟和磁场应用的国内外研究进展。

碲锌镉晶体中夹杂问题的实验研究

采用红外透射显微镜检测和研究了热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉晶体(CdZnTe)中的缺陷—夹杂,并对夹杂的影响因素进行了分析。研究发现:不同原料的化学配比、自由空间体积、饱和蒸汽压、晶体生长温场对晶体中夹杂的种类、形状、密度和尺寸都存在着影响,通过一系列工艺的改进可以获得夹杂合格的碲锌镉晶体。

垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件优化

分析了利用垂直布里奇曼法生长碲锌镉晶体的工艺条件,如坩埚的材质和形状、炉体温场、固液界面形状、生长速率以及采用籽晶等生长条件对晶体单晶率和质量的影响,并提出了优化垂直布里奇曼法生长Cd Zn Te晶体的条件。

溶胶-凝胶法制备二氧化钛及其上转换发光研究

实验以钛酸丁酯为前躯体,乙醇为溶剂,冰乙酸为催化剂,以溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米粉体.通过对样品进行XRD分析,能谱分析及扫描电镜分析得到样品是金红石型结构的粉体,样品中含有所掺杂的元素Ho和Yb,样品颗粒非常细小,并有明显的团聚现象,颗粒呈球形.在常温下选用中心波长为980 nm、最大输出功率500 mV二极管激光器作激发光源激发样品,在TiO2:Ho3+/Yb3+样品上转换荧光光谱的543 nm处观察到了较强的绿光发射,确定了光子发射过程,研究通过改变掺杂离子的质量分数来提高上转换发光强度,并详细讨论了上转换发光机制.

激光波长对镁钌铁铌酸锂的全息存储性能影响

在生长Fe∶LiNbO3熔体中掺进摩尔分数x(Ru2O3)=0.1%和x(MgO)=1%、3%、7%,用提拉法生长镁钌铁铌酸锂(Mg∶Ru∶Fe∶LiNbO3)晶体。通过二波耦合光路,分别以红光(632.8nm)、绿光(532nm)和蓝光(476nm)为光源测量晶体的全息存储性能。实验结果表明,在476nm下,Mg∶Ru∶Fe∶LiNbO3晶体全息存储性能随着Mg离子掺杂浓度的增加而呈现逐渐增强的趋势,与其在红光和绿光下不同。研究了Mg离子掺杂浓度的增加使Mg∶Ru∶Fe∶LiNbO3晶体的蓝光全息存储性能增强的机理。

Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO_3晶体位相共轭性能和全息关联存储

在同成分LiNbO3中,掺入ZnO的摩尔分数分别为1%、3%、5%、7%和9%,掺入(质量分数)0.03%MnCO3和0.08%Fe2O3,采用提拉法生长了优质Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体.测试Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体的OH-红外吸收光谱,抗光损伤能力和位相共轭性能.Zn离子浓度在7%和9%时,OH-吸收峰移到3 528cm-1,讨论OH-吸收峰移动机理.随着Zn离子浓度增加,抗光损伤能力增加.Zn离子浓度增加到7%,达到阈值.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤能力比LiNbO3晶体高二个数量级,研究高掺锌Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光损伤增强机理.随着Zn离子浓度增加,Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭反射率降低,位相共轭响应速度增加.Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体位相共轭镜消除了光波的位相畸变.以Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体作存储介质进行全息关联存储实验.讨论全息关联存储的工作原理.以原图象的25%和50%进行寻址,在输出平面上接收到较完整的存储图象.

Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO_3晶体的非挥发性存储

以Czochralski技术生长不同Li/Nb比Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体。测试晶体抗光散射能力,Li/Nb=1.38的Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体抗光散射能力比Fe∶LiNbO3高一个数量级以上。以二波耦合光路,双波长(蓝光-红光)存储技术,测试晶体全息存储性能,结果表明双波长存储性能优于双色存储。双波长(蓝光-红光)(476nm)的光激载流子是空穴。Mn离子是浅能级,Fe离子是深能级。采用Li/Nb=0.94和1.05的Zn∶Mn∶Fe∶LiNbO3晶体作为存储介质,以双波长(蓝光-红光)进行非挥发存储实验,它的非挥发衍射效率和响应速度高于双色存储。

铒掺杂二氧化钛纳米制备及上转换性能研究

以溶胶-凝胶法制备了掺Er3+的TiO2上转换发光纳米粉,通过XRD、SEM、上转换荧光发光谱等测试,对不同物质的量百分比Er3+掺杂和热处理温度的TiO2纳米粉进行了上转换性能研究,并对其发光机理进行了分析.结果表明,适量Er3+物质的量百分比及适当热处理温度有利于增强TiO2纳米粉的上转换发光性能.Er3+:TiO2粉体在980 nm激发下在539～567 nm范围获得绿光、在669 nm处获得红光.随着Er3+的物质的量百分比增加,绿光增强,红光减弱(小于1%);物质的量百分比继续增加,绿、红光均弱.随着焙烧温度的升高,绿光增强,红光减弱.当Er3+掺杂物质的量百分比为1%;焙烧温度为800℃时,获得的绿光强度较高、色彩单一.

碲锌镉籽晶定向熔接技术研究

应用CdZnTe晶体作为衬底材料时,其晶向非常关键。CdZnTe晶体籽晶引晶定向生长技术能够有效提高晶体利用率。但是,受碲锌镉晶体生长方法限制,CdZnTe籽晶引晶技术成功率并不高。本文即通过一系列实验研究了籽晶熔接过程升温方式以及籽晶晶向对碲锌镉籽晶熔接成功率的影响,并确定了升温方式是籽晶熔接的关键工艺所在。后续籽晶引晶生长晶向能否持续与籽晶选择晶向有关。通过显著提升初始熔体过热度可以促进<111>籽晶引晶晶向的保持。

红外非线性光学晶体磷化硅镉研究进展

介绍了红外非线性光学材料磷化硅镉晶体的性能特点,以及其多晶合成、晶体生长和光学参量振荡的研究进展情况。最后,指出了制约着大尺寸、高光学质量CSP单晶体生长的主要原因以及研制CSP单晶体的必要性。

磷化硅镉晶体光学参量振荡角度调谐范围分析

理论计算了泵浦波长1.064μm、1.55μm、1.98μm、2.05μm和2.50μm下,CSP晶体Ⅰ类和Ⅱ类两种匹配方式的角度调谐曲线。分析了CSP晶体在不同泵浦波长光学参量振荡下,激光输出波长与相位匹配角之间的对应关系。研究表明：（1）波长1.064μm泵浦时,CSP晶体Ⅰ类匹配可实现6.0~6.5μm波长激光输出,角度调谐范围为79.6°~90.0°;（2）波长1.55μm、1.98μm、2.05μm和2.50μm泵浦时,CSP晶体均可实现波长3.0~5.0μm和6.0~9.0μm激光输出。

新就业模式下人工晶体课程的理论与实践教学研究

当前无机非金属材料专业的就业已从单一方向向多元化方向发展,而人工晶体是无机非金属材料的重要分支。本文针对人工晶体的现状,分析了课程建设的必要性,提出了对该课程具体的教学改革措施,主要从教材建设、实践教学改革、教学方法创新及考核方式调整几个方面进行了探讨,为激发学生的学习兴趣,帮助学生灵活地掌握就业岗位要求的知识和技能提供了教学方法。

人工晶体教学的现状研究与改进创新意见

本文针对人工晶体的教学特点和现状,分析了课程建设的必要性,基于无机非金属材料双就业方向下,提出了对人工晶体教学方法的改进,并从教学模式、教学内容、实践教学考试制度等各方面如何改革和创新进行探索,力求可以让学生做到从兴趣出发,找到学习科目实践与未来双就业形势的契合点。

碲锌镉晶体Cd源控制生长技术研究

针对碲锌镉(CdZnTe)晶体中二次相缺陷问题,Cd源控制生长技术是更为有效的缺陷抑制技术。本文结合模拟仿真与实际测温调温,对比了VB法以及VGF法下Cd源处温度的可控性。在实现Cd源处温度控制基础上研究了不同Cd源处温度控制条件对晶体二次相缺陷尺寸及分布的影响。VB法中,Cd源处控制温度快速下降,晶体尾端出现三角形Te夹杂缺陷。VGF法中,在Cd源控制温度达到820~790℃范围内时,虽然晶体头部中心部分二次相缺陷问题改善效果一般,但晶体边缘及尾部二次相缺陷问题能够得到了极大改善。

碲锌镉晶体VGF法生长温场的梯度区高度设计研究

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度变化率正相关。非稳态模拟结果显示,现有变温条件下,晶体生长过程中固液界面凸度存在先增大后减小的趋势,趋势转变点接近梯度区高度中点;界面形状的变化趋势受固液界面上生长速度分布直接影响;对比而言,10 cm高的梯度区更容易实现前中期固液界面凸界面的获得,利于形成高单晶率CdZnTe晶体。