化学气相输运法(CVT)制备微米级的喇叭管状ZnO晶体

氧化锌为直接带隙宽禁带半导体材料,由于其优良的光电性能,预计在未来光电信息领域有着巨大的应用前景,引起了广泛的研究兴趣。

CVT法生长GaP多晶

阐述了CVT(化学气相输运)法生长GaP的基本反应和输运速度,采用CVT法生长出了GaP多晶。设计了石英管的结构以制造出一个局部的低温区域,防止了CaP在管壁的生长。生长出的GaP多晶相对密度为98％,红外透过率达到30％,努普硬度为611kg／mm2。散射颗粒测试表明主要的光散射颗粒为多晶中存在的孔隙。

基于SnSe_(2.37)薄膜材料的高性能近红外光电探测器

二维材料二硒化锡(SnSe_(2))具有高迁移率、高光吸收率和窄带隙的特点,被视为近红外(NIR)光电探测器的候选材料。然而SnSe_(2)在制备和生长的过程中会产生一定数量的硒空位,对SnSe_(2)近红外光电探测器的性能造成不利的影响。首先采用化学气相输运(CVT)法制备硒过量的二硒化锡(SnSe_(2.37))单晶,X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Sn和Se的原子数比约为1∶2.37。然后通过机械剥离法从高品质的单晶上分离出横向尺寸为14μm×37μm且厚度为2 nm的SnSe_(2.37)薄膜材料。最后使用光刻图形转移法制备高性能的NIR光电探测器。经过测试,该NIR光电探测器对850 nm的近红外光表现出优异的光电探测性能,其中响应度可达2820 A·W^(-1),归一化探测率为1.02×10^(13)Jones,外量子效率为4.12×10^(5)%,响应时间为15 ms。

二维层状In_(2)Se_(3)材料的快速制备及结构特性研究

In_(2)Se_(3)二维层状材料具有优异的光电、热电和铁电特性。目前In_(2)Se_(3)二维层状材料大部分通过对化学气相输运(CVT)法制备的块体In_(2)Se_(3)进行机械剥离获得,CVT法制备工艺复杂、制备时间长、成本高,与之相比,布里奇曼(B-S)法具有制备工艺简单、制备效率高、成本低的优势。为此,本文对CVT法和B-S法制备的块体In_(2)Se_(3)分别进行了机械剥离,并转移到SiO_(2)/Si(111)基底,获得了相应的二维层状In_(2)Se_(3)样品。同时利用原子力显微镜(AFM)、激光拉曼和X射线衍射(XRD)对两样品进行表面形貌、晶格振动谱和结晶质量的测量,发现用B-S法制备、剥离的样品具有与CVT法制备、剥离样品几乎相同的表面原子级平整度和单晶结晶质量。本文为高质量二维层状In_(2)Se_(3)材料的获得提供了更为经济实用的途径。

气相输运法大尺寸ZnO单晶生长的传输过程控制

研究了化学气相传输法(CVT)生长ZnO单晶的传输过程、动力学和生长机理,分析了CVT法的传输机理、效率以及温场对传输速率和晶体生长的影响.利用气相-固相单晶成核和生长动力学理论研究了制约单晶生长速度和晶体质量的因素.我们得到的不同条件下ZnO单晶CVT生长的实验结果和现象与理论分析一致,获得了ZnO单晶生长的理想条件和高质量的大尺寸ZnO单晶材料.

籽晶辅助化学气相传输法生长ZnO单晶的特征研究

采用籽晶辅助化学气相传输法生长得到φ32mm ZnO单晶体.X射线衍射表明晶体沿c轴方向生长。结晶质量较好,中心部位摇摆曲线半高宽47arcsec,边缘部分为78.4arcsec.利用Rainan谱、光致发光谱等研究了ZnO晶体退火前后的缺陷和光学性质,表明经氧气氛退火后晶体缺陷明显减少,晶体质量进一步提高.

化学气相传输法制备无水溴化镝

化学气相传输法制取无水DyBr_3,以Dy_2O_3为原料,无水溴化铝为溴化剂和传输介质,Dy_2O_3(s)与过量的溴化铝反应,生成DyBr_3(s)。无水溴化铝在高温下形成气态Al_2Br_6,并与Dy_2O_3(s)反应,生成气态配合物DyAl_3Br_(12),该气态配合物在低温下分解。在高温端温度为723～753K,低温端温度为453～473K的温度梯度场中,进行化学气相传输反应,实现DyBr_3(s)的气相传输分离,得无水DyBr_3。经分析可知,随气相传输反应时间的延长,DyBr_3的产率增加,利用化学气相传输法可获得纯度较高的无水溴化镝。

ZnO多晶原料的提纯研究

采用石墨辅助化学气相运输法,对ZnO多晶原料进行提纯研究。通过反应机理分析和热失重(TG)实验,发现ZnO-C体系初始反应温度约为1000℃,在1200℃反应速率急剧增加,由此设计出提纯温场。在真空封结的石英安瓿中,通过反应、输运和重结晶过程,得到致密ZnO晶锭,呈淡黄色;X射线衍射谱与标准谱符合较好,无杂峰;等离子体质谱仪(ICP-MS)测试显示,晶锭中的杂质离子(尤其Ag、Cu、Pb等对器件影响较大的深能级、多能级重金属离子)明显减少。采用化学气相法提纯后的多晶体,可成为制备各种ZnO光电器件的高纯原料。

化学气相运输法制备正交黑磷

黑磷(Black phosphorus,BP)以其优异而独特的物理化学性质在能源储存与转换、微纳器件、光/电催化和生物医药等领域展现出良好的应用前景。制备高质量正交BP前体是实现二维BP和零维BP量子点应用的关键。本工作采用无温度梯度的化学气相运输(CVT)法研究了矿化剂组分和比例对BP生长的影响。结果表明,只有锡(或铅)和碘共存且比例合适时才能制备得到正交BP;生长BP所需的锡碘质量比w(Sn/I_(2))范围较宽,当w(Sn/I_(2))=0.47时制得的BP尺寸为1.2 cm,且产率高、晶体质量较优。结合BP的成核生长机理可知,锡和碘都对BP的成核生长具有重要作用;碘的矿化效果较锡明显,而足量的锡有利于无温度梯度条件下大尺寸块体BP晶体的合成。w(Sn/I_(2))=0.47为本工作中制备BP的最佳砂化剂配比。

InSeI单晶的制备及其结构与性能研究

利用化学气相传输法(CVT)制备了InSeI单晶。该晶体为黄色的针状物,晶体较脆。在室温下进行X射线衍射分析发现,其属于四方晶系,晶胞参数为a=b=1.8643(5)nm,c=1.0120(3)nm,V=3.5172 nm^3,空间群为I 41/a。紫外可见光吸收光谱、光致发光光谱等结果显示该晶体的禁带宽度是2.48 eV,在一定波段光的激发下,InSeI单晶在600 nm左右有较宽的发射峰,表明该晶体的发光方式为缺陷态发光。介电温谱表明InSeI单晶在440 K时其四方相的结构发生了相变。

三元钯基碲化物的单晶生长和电输运性质

三元过渡金属硫属化物是一类兼具低维结构和强关联电子的系列化合物,依其不同构成呈现出丰富多彩的电子基态.在硫属元素(S,Se,Te)中,Te具有比S和Se更小的电负性和更大的原子质量,因而过渡金属碲化物呈现出与硫化物和硒化物不同的晶体结构、电子结构和物理性质.三元过渡金属碲化物中陆续被发现新超导体Ta_(4)Pd_(3)Te_(16)和Ta_(3)Pd_(3)Te_(14),拓扑狄拉克半金属TaTMTe_(5)(TM=Pd,Pt,Ni)等,进一步拓展了碲化物家族的物性研究,为该材料体系的潜在应用探究奠定了基础.本文首先介绍了利用自助熔剂法和化学气相输运法生长4种三元钯基碲化物(Ta_(4)Pd_(3)Te_(16),Ta_(3)Pd_(3)Te_(14),TaPdTe_(5)和Ta_(2)Pd_(3)Te_(5))单晶的详细方案,并给出了化学气相输运法生长Ta_(2)Pd_(3)Te_(5)的化学反应方程式.生长出的Ta_(4)Pd_(3)Te_(16)和Ta_(3)Pd_(3)Te_(14)晶体的超导转变宽度仅分别为0.57 K和0.13 K,通过电阻数据拟合,得到了拓扑绝缘体Ta_(2)Pd_(3)Te_(5)晶体的能隙值为23.37 meV.最后,本文对利用自助熔剂法生长上述4种三元钯基碲化物晶体的生长条件和规律进行了对比分析和讨论,可以为采用类似方法生长其他过渡金属碲化物晶体提供启发和借鉴.

外尔半金属TaAs单晶的研究进展

外尔半金属是当两个自旋非简并能带在三维动量空间通过费米能级附近时,其低能准粒子激发具有外尔费米子的所有特征的一类材料体系。外尔费米子是狄拉克方程的无质量解,可以看作是在三维空间一对重叠在一起且具有相反手性的粒子。TaAs单晶作为一种非磁性的外尔半金属,在其中能够观测到外尔费米子,并产生许多奇异的物理现象,如费米弧、负磁阻效应、量子反常霍尔效应等,使其在发展新型电子器件和拓扑量子计算等领域有着重要应用潜力。介绍了外尔半金属的相关基础理论和重要实验,重点探讨了TaAs单晶生长相关的技术问题,分析了化学气相传输法的优缺点。

大尺寸黑磷晶体的制备

黑磷(BP)具有可调控的带隙、高载流子迁移率、优良的通断比和热导率等特性,然而目前常用的制备BP的方法化学气相运输(CVT)法可能会引入杂质,且仅依靠CVT法难以获得高质量且大尺寸的BP晶体。本研究结合CVT法和种晶法,通过改变籽晶的数量,研究高质量、大尺寸BP的生长方法,并对BP的晶体结构、结晶质量、晶体形貌、光学性质和电学性质进行表征和分析。结果表明,在采用CVT法制备BP晶体的过程中引入BP籽晶,于595℃的真空环境中退火6 h,最终获得的BP晶体的横向尺寸是原始BP的1.5倍,这为制备高质量、大尺寸BP晶体提供了有益参考。

体块氧化锌单晶生长的研究进展

氧化锌(ZnO)是一种极其重要的半导体材料,具有宽带隙(3.37eV)和高激子结合能(60meV),适合制作短波长发光二极管和激光二极管。综述了体块ZnO单晶的主要生长方法:化学气相输运法、水热法、助溶剂法的原理和优缺点;着重探讨了水热法和助溶剂法的生长参数及所生长ZnO单晶的特征;结合KOH+H2O体系,论述了助熔剂法的反应机理。介绍了体块ZnO单晶中存在的缺陷及其对ZnO性质的影响。

黑磷的制备及表征研究

黑磷是一种具有高的载流子迁移率、高的通断比,带隙为0.3~2 e V的二维材料,对中红外、近红外新型光电器件的开发具有十分重要的意义.本文利用高能球磨法和化学气相转移法成功将红磷转化为黑磷,并进行液相剥离,得到了一层或两层的磷烯.利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、差示扫描量热仪对其微观结构和稳定性进行了研究,并表征了化学气相转移法制备黑磷的电学性能.结果表明:高能球磨法制备的黑磷尺寸小、结晶度低,样品中有红磷存在,稳定性差.化学气相转移法制备的黑磷尺寸大、结晶度好、纯度高,且较为稳定.此方法制备的黑磷可成为剥离磷烯的优异原料,进而应用于先进微电子器件.