LEC法生长高质量6英寸InP单晶

制备大直径单晶是降低器件成本的重要手段之一。对于制备大尺寸半绝缘InP单晶而言,由于其需要在高温高压环境下生长,随着热场尺寸的增大,炉体中气氛以及熔体中的对流增大,因而易产生孪晶和多晶。采用液封直拉(LEC)技术,通过多温区热场优化设计,调节各段加热器功率,降低了大尺寸热场温度梯度,提高了热场的对称性和稳定性,获得了平坦的固液界面,同时采用平缓放肩工艺抑制孪晶的形成。重复生长出约9.5 kg的6英寸(1英寸=2.54 cm)InP单晶,直径6英寸以上的单晶部分长度大于67 mm。测试结果表明,单晶片位错密度小于1×104 cm-2,电阻率大于107Ω·cm。从晶体生长和测试结果可以看出,合适的温度梯度可以使固液界面比较平坦,有效降低InP晶体的位错密度,电阻率片内均匀性为8.7%。

不同熔体配比的InP分析研究

原位磷注入合成 Ｌ Ｅ Ｃ晶体生长法可分别合成得到富铟、近化学配比或富磷的 Ｉｎ Ｐ熔体， 并进行 Ｌ Ｅ Ｃ晶体生长。我们对不同配比程度的材料进行了 Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ、 Ｐ Ｌ、变温 Ｈａｌｌ等测试工作， 得到了一些相当有意义的结果， 对研究非掺杂半绝缘 Ｉｎ

InP单晶材料性能及制备方法

介绍了InP单晶材料的特性、应用方向及制备的主要方法,主要包括液封直拉技术(LEC)、气压控制直拉技术(VCZ/PC-LEC)、垂直梯度凝固技术(VGF)、垂直布里奇曼技术(VB)等。通过对各种生长方法进行对比,指出了各种方法的优势和不足,最后探讨了各类生长方法的应用领域和今后发展方向。

基于原位合成法的InP单晶炉合成装置设计

基于磷蒸气注入原位合成技术及液封直拉磷化铟(InP)单晶的原理,设计了CZ-50型InP单晶炉。介绍了该单晶炉的主体结构,特别是原位合成装置的结构。该装置不仅可以实现磷蒸气注入法原位合成InP多晶材料,并且根据InP材料合成及单晶生长的特殊性,对该装置进行了结构创新设计:在炉盖上设计并安装了一套可升降的热偶测温装置,实现了在生产过程中,对坩埚内熔体温度进行在线测量;通过在炉体内部加设观察窗遮挡装置及对观察窗进行加热的方法,解决了长期以来InP材料合成及单晶生长过程中由于磷的挥发特性所导致的观察窗污染问题。

富铟熔体生长InP单晶的晶体缺陷及物理特性

通过磷注入法合成并利用液封直拉法(LEC)生长了富铟InP单晶,将晶锭进行定向切割、研磨和抛光,得到InP抛光片。用金相显微镜、扫描电镜、快速扫描光荧光谱(PL-Mapping)技术、高分辨率XRD射线衍射技术研究了富铟非掺InP单晶样品特性。结果表明,在富铟条件下生长的InP单晶会出现富铟夹杂,这种富铟夹杂可导致其周围位错密度升高,同时富铟夹杂在晶片内分布也是不均匀的,在晶片中心部分富铟夹杂的密度高,在边缘部分密度低。对富铟夹杂形成及不均匀分布的原因进行了分析,讨论了富铟夹杂对PL-Mapping发光峰峰值的影响。

大直径InP单晶生长研究

生长高质量、大直径的单晶是当前InP晶体生长的发展方向,减少孪晶的产生一直是InP单晶生长技术的研究重点。通过对高压液封直拉法InP单晶生长过程中的几个重要因素包括加热器和保温系统、掺杂剂、坩埚和生长参数等的分析,设计了合适的热场系统和生长条件,有效地降低了孪晶产生的几率。在自己设计并制造的高压单晶炉内首先将In和P进行合成,然后采用后加热器加热、坩埚随动等技术重复生长了直径为100～142 mm的大直径InP单晶。讨论了关于避免孪晶产生的关键技术,所提到的条件都得到优化后,单晶率就会大幅上升。

富铟熔体生长InP晶体中的微观缺陷

通过原位磷注入液封直拉(LEC)法在富铟熔体中生长了<100>方向的磷化铟单晶,并研究了晶体内缺陷形态及形成机制。在富铟熔体中生长的磷化铟晶锭中发现,多种形态富铟夹杂物镶嵌在磷化铟基体中。在晶片的抛光过程中,由于局部受力不均匀导致富铟夹杂周围的晶体出现裂纹。通过研究发现,除了磷化铟晶体的各向异性外,局部的冷却条件也控制着晶体凝固过程,进而控制着富铟夹杂物的形态。由于磷化铟基体与富铟夹杂物的热膨胀系数不同,在富铟多面体夹杂物产生了很大的应力,进而导致富铟夹杂物附近出现了位错聚集现象。经讨论给出了这些夹杂物的形成机制及其对晶体质量的影响。

VGF-InP中气孔形成机理及对晶体质量的影响

采用垂直梯度凝固(VGF)法生长的InP单晶晶锭中部出现气孔,观察了气孔的形成过程,解释了气孔的产生机理,分析了晶体中气孔对晶体质量的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱、化学腐蚀法和霍尔测试系统对InP样品的均匀性、结构特性、发光特性、位错密度和电学特性进行测试分析。结果表明,气孔周围磷含量较高,气孔周围XRD摇摆曲线的平均半峰全宽为65.97″,比化学配比InP晶片高1.3倍;位错密度为2134 cm-2,比化学配比InP晶片高10倍;迁移率为837 cm2·V-1·s-1,比化学配比InP晶片低50.3%。磷气孔破坏了晶体的化学配比和晶格完整性,晶格排列较差,气孔附近位置结晶质量差。磷气孔对周围位置产生一定应力,导致周围位错堆积,气孔使晶片的迁移率下降。

InP的快速大容量注入合成机理分析及多晶制备

对于磷化铟(InP)的合成来说,合成的时间越快、纯度越高,合成熔体的配比度越高、熔体的利用率越高,合成量越大、成本越低。为实现InP的快速大容量合成,分析了注入合成的物理条件、气体传输过程、界面反应机理和注入气泡速率对合成的影响。通过对机理的分析,优化了注入合成条件和冒泡速率,提高了注入合成过程的可控性,在3 h内合成了10 kg高纯InP多晶,通过直拉法进一步提拉生长,最终制备的InP多晶载流子浓度≤2×10^(15)cm^(-3),迁移率>4500 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),为实现大尺寸单晶批量化制备奠定了基础。

InP高压直拉单晶炉的热场优化设计与分析

高压直拉单晶炉的热场对磷化铟(InP)晶体生长过程有重要影响,存在缺陷的热场很难生长出合格的InP单晶,因此对InP晶体生长的热场进行优化设计与分析非常必要。提出了采用新型的碳/碳(C/C)复合材料加热器、复合固化硬毡为保温筒的热场结构,并通过仿真设计优化了InP单晶热场,解决了原有的以石墨加热器和碳纤维软毡为基础的InP单晶热场稳定性和对称性差以及使用寿命短的问题。经过实验测试,加热效率提高了25%,使用寿命达到90炉以上。

VGF法磷化铟单晶炉加热器对炉内热场分布影响的研究

磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体,在通信、航空航天和人工智能等领域具有广泛的应用。InP单晶生长质量的优劣取决于其生长炉内热场的稳定与温控。InP晶体工业生产中广泛采用的垂直梯度凝固(VGF)法是在磷化铟单晶生长炉中构建高温、封闭、稳定及可控的热场,但因炉内缺乏直接观测和完整的参数监测手段,利用计算机数值仿真对炉内晶体生长的温度场进行科学分析,以获取最佳的生长温控条件,俨然成为有效且重要的方法。本文基于ANSYS有限元软件及炉内元件实测参数,建立了InP单晶生长系统热场三维物理和数学模型,基于磷化铟单晶生长过程中的温度离散数据,对所建模型对比和验证,获得了与实际生产温度数据吻合良好的效果(温度偏差控制在3%以内),验证了所建模型的有效性。基于此模型,本文对生产条件下四段加热器温度波动对热场分布影响进行了探讨,并对炉内四段加热器的温度波动对炉内低温区、高温区及料管中心温度影响规律进行了研究,所得结论对揭示工业生产过程中InP单晶炉热场的分布规律及调节方法具有一定的指导意义。

基于炭/炭复合材料加工余料制备碳化硅粉末的组织及性能

以炭/炭复合材料加工余料为碳源,与硅粉充分混合,通过高温合成法制备单晶生长用碳化硅粉末,并对其显微组织和表面性能进行研究。结果表明:制备出的碳化硅粉末晶型为β-SiC,部分继承了炭/炭复合材料加工余料的管槽状、脊状结构。在拉曼光谱中,该粉末的折叠横光与折叠纵光的半峰全宽之比为0.709,其相对纯度高于以石墨粉为碳源同工艺制备的碳化硅粉末。该碳化硅粉末具有多孔特征,比表面积为25.7426 m^(2)/g,可用于物理气相传输单晶生长工艺,且已初步验证其可行性。

砷化镓材料技术发展及需求

介绍了HB、LEC、FEC、VCZ、VB、VGF砷化镓单晶炉及生长技术,分析了各种生长技术的优缺点及发展趋势。HB砷化镓多晶合成和单晶生长可以同时完成,生长温度梯度小、位错小、应力小;其缺点为不易生长半绝缘砷化镓单晶材料。LEC法生长过程可见,成晶情况可控,可生长大尺寸、长单晶;其缺点是晶体温度梯度大、位错密度高、应力高、晶体等径控制差。VB/VGF法生长出的单晶位错密度和残留应力比LEC法低,晶体等径好,适合规模生产;其缺点在于容易产生双晶、线性缺陷和花晶,过于依赖生长系统重复性和稳定性。

CdGeAs_2多晶合成与单晶生长研究

对新型中红外非线性光学材料CdGeAs2的多品合成和单品生长进行了研究．以高纯（99．9999％）As、Ge、Cd为原料，按照CdGeAs，化学计量比并适当富Cd、As配料，采用机械振荡与熔体温度振荡相结合的方法合成出CdGeAs2多品材料，使用改进的坩埚下降法生长山Ф15mm×45mm、外观完整无开裂的CdGeAs2单晶体．XRD全谱拟合精修、红外傅里叶分光光度计测试分析表明：合成的CdGeAs2晶体具有单相四方黄铜矿结构，晶格常数为a=b=0．5946nm，c=1．1217nm；生长出的CdGeAs2单晶体结构完整，结品性好，晶体的易解理面为（101）面，红外透明范围589－4250cm^-1，拟合计算出CdGeAs2晶体的禁带宽度为0．67eV．

CdSiP_2多晶合成的热力学研究

采用离子型化合物函数模型,对CdSiP2多晶合成过程的反应焓、熵、Gibbs自由能以及化学平衡常数等热力学参数进行了计算,在1473 K合成CdSiP2多晶时,系统的焓变ΔrHT<0,熵增加值ΔrST为负,Gibbs自由能ΔrGT=-29.68 kJ/mol,平衡常数KT=11.289。结果表明:在1473 K合成CdSiP2多晶,化合反应速率很大,反应充分,产物生成率高,系统趋于稳定。根据计算结果提供的温度1473 K进行CdSiP2多晶合成实验,获得了外观呈紫红色,完整致密的多晶锭,经X射线衍射和光电子能谱分析表明,合成产物为高纯、单相的CdSiP2多晶材料。采用合成的多晶料为原料进行单晶生长,获得了结晶性较好的CdSiP2单晶体。

水热法制备陶瓷材料研究进展

本文综述了水热法在单晶生长、粉体制备、薄膜、纤维制备、材料合成与处理等方面的研究进展。

黄铜矿结构中红外高功率非线性光学晶体及其器件研究

本文论述了黄铜矿结构中红外高功率非线性光学晶体ZnGeP2、CdGeAs2和CdSiP2的研究进展。以高纯(6N)Ge、Si、Zn、Cd、P和As单质为原料,按化学计量比并富P 0.1～0.5%和适当富Cd和As配料,采用气相输运和熔体机械相结合的新方法,有效地克服了合成容器爆炸等问题,成功地合成出高纯单相的ZnGeP2和CdSiP2多晶材料;采用高温机械和温度振荡、以及快速降温法,有效地避免了杂相形成,合成出高纯单相的CdGeAs2多晶材料。采用改进的Bridgman法,生长出较大尺寸的ZnGeP2、CdGeAs2和CdSiP2单晶体,并制备出ZnGeP2光参量振荡器(ZGP-OPO)和CdGeAs2(CGA)倍频器件,采用2.1μm泵浦的ZGP-OPO获得3.5～5μm中红外激光调谐输出。结果表明:ZnGeP2、CdGeAs2和CdSiP2晶体,是中红外高功率激光频率转换最有前途的先进新材料。

AgGa_(1-x)In_xSe_2单晶的生长研究

采用高纯（99．9999％）Ag、Ga、In和Se单质为原料，按化学计量比富Se0．3-0．5％配料，通过机械振荡和温度振荡相结合的方法合成出单相高致密AgGa1-xInxSe2多晶材料。以此为原料采用布里奇曼法生长出外观完整的尺寸为φ15mm×25mm的AgGa1-xInxSe：单晶锭（x=0．2）。沿自然显露面对晶体进行了解理和x射线衍射分析，发现该面是（101）面。同时进行了红外透过率测试，其红外透过率为41％。

PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成

以In2O3、Nb2O5、4MgCO3.Mg(OH)2.4H2O、TiO2、PbO为初始试剂,先合成出前体化合物MgNb2O6和InNbO4;按照0.25Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.44Pb(Mg1/2Nb2/3)O3-0.31PbTiO3的组分比例,添加1.5 mol%过量PbO,通过高温固相反应合成出PIMNT多晶料。X射线粉末衍射、差热/热重分析表明,PIMNT多晶系钙钛矿结构的固溶体化合物。采用本实验合成PIMNT多晶料锭,通过坩埚下降法成功生长出25 mm直径的PIMNT单晶,证实采用预先合成多晶料有助于钙钛矿相PIMNT单晶的稳定生长。

磷锗锌晶体生长技术研究进展

磷锗锌(ZnGeP_2)单晶体是一种性能优异的红外非线性光学晶体材料,被广泛应用于各种先进的光学器件。研究ZnGeP_2晶体的生长方法,对低成本制备大体积、高质量的ZnGeP_2晶体具有重要意义。介绍了ZnGeP_2晶体的结构和应用领域,给出了ZnGeP_2多晶合成与单晶生长技术研究发展的最新动态,并基于晶体生长原理以及生长条件控制方法的差异,综述了水平温度梯度冷凝(HGF)法、液封提拉(LEC)法、高压气相(HPVT)法和垂直布里奇曼(VB)法4种主要的ZnGeP_2单晶体生长方法的优缺点;重点阐述了较成熟的HGF和VB法生长ZnGeP_2晶体的影响因素和研究进展,提出了ZnGeP_2单晶制备技术存在的主要问题和今后的发展方向。