加速坩埚旋转下降技术生长LiInS_2晶体

本论文采用新的合成方法—高压釜法,利用高纯单质Li(3N)、In(4N)、S(sublimed)为原料,在1120℃下合成了单相、致密的LiInS2多晶料,并对其做了XRD表征。对传统的Bridgman-Stockbarger生长技术进行了改进,实现了加速坩埚旋转下降技术(ACRT),从而获得了较大尺寸的红外非线性光学晶体LiInS2,并对晶体的结构进行了表征。

加速坩埚旋转布里奇曼法碲镉汞晶体生长

叙述了采用加速坩埚旋转技术（ACRT）Bridgman方法生长碲镉汞晶体的原理和方法。用这种技术生长的碲镉汞晶体的纵向和横向组分均匀性比常规Bridgman生长方法有很大的改善，提高了用于制作平均探测率为8．0×1010cmHz1／2W－1的8元Sprite探测器的晶片可用率。

Li_2B_4O_7单晶的加速坩埚旋转Bridgman生长

本文的工作首次应用加速坩埚旋转(ACRT)的 Bridgman(BR)方法生长了 Li_2B_4O_7(LBO)晶体,获得直径为52mm,长为60mm 的宏观完整单晶。ACRT 将 LBO 晶体生长速度提高到 BR 生长速度的1.5～2倍。并增强了生长系统抵御熔体中温度波动的能力。与 BR^(?) 生长的固液界面相比,ACRT 所产生的强迫对流没有对固液界面的形状产生明显的影响。本工作还对实际坩埚内的液流进行了模拟观察。

坩埚加速旋转-垂直下降法晶体生长设备的研制

根据CdZnTe等Ⅱ Ⅵ族化合物半导体晶体生长的基本原理和工艺要求 ,设计制造了坩埚加速旋转 垂直下降法 (ACRT VBM)晶体生长系统。本文介绍了该系统设计所考虑的基本问题和元器件的选择 ,给出了系统的基本结构。晶体生长炉的温度控制精度为± 1℃ ,系统的速度均匀度为± 0 .0 0 15mm/h。该系统的性能指标满足生长直径30mm的CdZnTe晶体的要求。

坩埚旋转波形参数对晶体组分偏析影响的数值研究

计算模拟了加速坩埚旋转技术Bridgman(ACRT—B)法生长cd0.96Zn0.04Te单晶体过程,研究了ACRT波形参数对固-液界面凹陷和晶体内组分偏析的影响.计算结果表明: ACRT波形参数的变化几乎不影响固-液界面前沿熔体中均一浓度场的形成.但是,波形参数能够显著改变固-液界面的凹陷和晶体内的组分偏析.波形参数不适当时,固-液界面的凹陷深度增加数倍,同时晶体组分的径向偏析也显著增加.波形参数不适当时,固-液界面的凹陷深度不增加或增加很少,晶体组分的径向偏析显著减小,直至为零.本工作所选择的各种波形参数下, ACRT均能明显增加晶体组分的轴向偏析.

旋转法下降炉的智能控制

随着我国人工晶体材料工业的飞速发展,急需性能优良、稳定性好、自动化程度高的晶体生长设备。提出了炉室上升坩埚旋转技术,不仅利于提高生长晶体的品质,而且生长设备简单,易于实现自动化控制。采用性能优良的ADμC812微控制芯片进行控制,是晶体生长设备控制方法的有益探索。该设备自动化程度较高,速度运行可靠,维护简单方便,具有推广价值。

ACRT技术对大尺寸ZnTe晶体溶液法制备及其性能影响

太赫兹(Terahertz,THz)技术在工业无损检测、科学研究和军事领域发挥着越来越重要的作用。作为太赫兹产生和探测最常用的电光晶体材料,ZnTe晶体在生长中依然面临众多挑战。为了制备大尺寸、均匀性好、高性能的ZnTe单晶,本研究在温度梯度溶液法生长ZnTe晶体过程中引入坩埚旋转加速技术,制备具有高结晶质量的ZnTe晶体。模拟计算得到不同坩埚旋转速度下生长界面处对流场和溶质分布,研究了坩埚旋转对晶体生长过程中的固液界面稳定性和晶体内Te夹杂分布的影响规律,证明坩埚旋转加速技术可以有效地促进熔体流动,改善溶质传质能力,稳定溶液法晶体生长的固液界面,不仅避免出现尾部混合相区,也减少了ZnTe晶体内Te夹杂相的数量并减小其尺寸。通过进一步优化坩埚旋转参数,制备出具有较高结晶质量的大尺寸ZnTe晶体(ϕ60 mm)。同时,得益于晶体良好的均匀性,晶体对太赫兹的高响应区域超过90%,边缘效应小,满足太赫兹成像要求。研究表明,引入坩埚旋转加速技术为制备大尺寸ZnTe基电光晶体提供了新的思路。

ACRT-Bridgman法制备组份均匀的碲锌镉单晶体

采用加速坩埚旋转技术-Bridgman(ACRT-B)法制备了40mm的结构较为完整的Cd0.96Zn0.04Te晶锭.利用红外分光光度计测定晶片的近红外透射曲线,最大斜率切线法测定截止波长(cut-off wavelength,threshold wavelength),进而计算截止能量和该点的Zn组份。绘制了晶片表面的组织图,以及晶锭轴向剖面的Zn组份等高线图。实验结果表明:ACRT方法显著改善晶体组份的轴向偏析和径向偏析,晶锭中部存在两个Zn组份轴向和径向皆均匀的区域,分别约占晶锭体积的37%和16%,对应于两个大的单晶晶粒,大部分区域Zn组分径向偏析几乎完全消失。

ACRT强迫对流对定向凝固过程传热传质的影响

计算模拟了采用加速坩埚旋转技术的Bridgman法(ACRT—B)碲锌镉单晶体生长过程,以流函数图清晰地展示了晶体生长过程中固液界面前沿对流的周期性变化,以等温线图展示了界面前沿熔体温度场的变化,以等浓度线图展示了晶体内的组分偏析.计算结果表明:强迫对流显著提高了熔体中溶质分布的均匀性,可得到均一的熔体浓度场.强迫对流显著增加了固液界面凹陷深度.与不施加ACRT相比,强迫对流增加了晶体内溶质成分的轴向偏析,显著减小了径向偏析.

ACRT强迫对流对Bridgman晶体生长过程液固界面形状影响的数值研究

用数值方法研究了 ACRT（加速坩埚旋转技术）强迫对流条件下垂直 Bridgman法半导体材料 CdTe单晶体生长过程 .结果表明， ACRT强迫对流使液相等温线的形状翻转，径向温度梯度由负值变为正值，并显著地减小了液固界面的凹陷深度 .随着 ACRT对流无量纲控制参数 Re、ω maxt1、ω maxt2的增加，对流的作用增强 .

移动加热器法晶体生长的研究

介绍了移动加热器法晶体生长的基本原理及其优缺点,报道了国内外最新研究进展,讨论了不同工艺参数,如磁场、加速坩埚旋转、重力、生长速度、温度等对THM生长晶体的影响,提出了提高THM生长晶体速度的设想,并就未来THM生长晶体的研究方法和发展趋势提出了自己的看法。

ACRT过程Ekman流场的实验研究

利用水模拟实验，研究了ＡＣＲＴ（坩埚加速旋转技术）过程中Ｅｋｍａｎ流场的稳定性，及其与坩埚内径Φ，转速最大差值△ωｍａｘ，及坩埚中液体高度Ｈ的关系。结果表明，当雷诺数Ｒｅ＝０．６７８Ｒ（｜△ωｍａｘ｜／ｖ）０．５≤ＲｅＣｌ（下临界值）时，Ｅｋｍａｎ流场稳定；Ｒｅ≥ＲｅＣ２（上临界值）时，减速过程的Ｅｋｍａｎ流场完全不稳定。当Ｒｅ≤ＲｅＣｌ时，Ｅｋｍａｎ流区的高度ｈ随Φ及△ωｍａｘ增加而增加，Ｅｋｍａｎ流区相对高度ｈ／Ｒ（Ｒ＝０．５Φ）与Ｒｅ２呈线性关系，直线的斜率ｋ与Ｒ有关；当坩埚中液柱高度Ｈ减小到某一临界值Ｈ时，Ｅｋｍａｎ流区随Ｈ的减小而减小。

ACRT过程流场影响因素的数值研究

将相对体积算法（VOF）扩展到三维圆柱坐标系，求解了多种条件下坩埚加速旋转过程中的流场，分析了坩蜗旋转加速度（ωa）、坩蜗半径（R）及最大转速（ωmmax）等因素对流场的影响计算结果与模拟实验的结论一致．各种条件下，ACRT过程的流场具有相同的变化趋势，逆时针流动与顺时针流动交替增强和减弱．

ACRT过程中流场的数值模拟

将相对体积算法(VOF)扩展到三维圆柱坐标系,求解了坩埚加速旋转技术(ACRT)过程中,真实非稳态(True transient)不可压缩自由表面流体的流动,展示了流体流动状态变化的全过程。ACRT过程中,坩埚底部的顺时针方向流动与逆时针方向流动交替产生、增强、衰减。标记粒子运动轧迹计算结果与水模拟实验结果相吻合。当坩埚持续等速旋转时,流体自由表面形状计算结果与理论值一致。本算法采用了原始变量控制方程,交错变分网格,显式迭代求解。

亚洲晶体生长和技术的发展

应亚洲晶体生长和晶体技术协会(ASCGCT)主席、韩国汉阳大学工学院院长吴根镐(Keun Ho Auh)教授的邀请，笔者于2003年11月13-16日代表蒋民华院士和陈创天院士访问了韩国汉阳大学，