氧化镓单晶在酸碱条件下的腐蚀坑形貌研究

氧化镓晶体材料由于其优异的性能以及可以用熔体法生长的优势,在功率器件、光电领域有着巨大的潜力。近年来,国内外众多专家也随之开展对氧化镓单晶材料的研究工作,高质量低缺陷的氧化镓单晶材料对后续的外延、器件的制备极其重要。目前,国际上主流的生长方法是导模法,导模法具有生长周期短、尺寸大及生长稳定等优点,然而在晶体缺陷控制方面还有很大的进步空间。本文围绕氧化镓单晶的腐蚀坑形貌,对导模法生长的氧化镓单晶进行加工制样,进行了不同酸碱条件下的腐蚀实验。详细介绍了观察到的不同腐蚀坑形貌,分析了晶体缺陷对腐蚀坑形貌的影响,对今后氧化镓单晶生长机理和晶体缺陷的研究具有重要意义。

导模法生长大尺寸蓝宝石板材技术取得重要突破

蓝宝石晶体具有高硬度、高机械强度,且在紫外-可见波段优异的透过率,是优秀的红外窗口和透明装甲材料。导模法生长的蓝宝石板材尺寸和形状接近“近净型”,将加工的成本降到极低。南京同溧晶体材料研究院有限公司近期采用导模法成功生长出尺寸为415 mm×810 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材。

应对未来战争的“光学盾牌”——超大尺寸蓝宝石单晶板材

蓝宝石单晶具有优良的力学性能和光学性能,是目前透明装甲的优选材料。导模法能够制备出形状和尺寸都接近目标要求的晶体,可以大幅度降低晶体的生产成本。我们通过自主设计的晶体生长设备,优化晶体生长工艺和热场,成功制备了尺寸为480 mm×1200 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材,晶坯形状规则,加工去掉表面气泡层后在20 mW He-Ne激光照射下检测,整体无散射。

应对未来战争的“光学盾牌”——蓝宝石基透明装甲

本文采用自主设计开发的大尺寸导模(EFG)炉成功制备了尺寸为485 mm×985 mm×12 mm的蓝宝石单晶板材,将其切割、研磨后与玻璃、聚碳酸酯复合为透明装甲样品,其中尺寸为352 mm×341 mm×33 mm样品面密度为79.27 kg/m^(2),尺寸为351 mm×342 mm×33 mm的样品面密度为79.38 kg/m^(2)。分别采用直径为7.62 mm和12.7 mm的穿甲燃烧弹对其进行打靶测试,实验结果显示,蓝宝石基透明装甲在100 m 0°法线角射击中,具有优异的抗冲击性能。

导模法生长蓝宝石单晶光纤的缺陷和光学特性研究

通过导模法(EFG)成功生长了蓝宝石单晶光纤(直径400~1000μm,长度500 mm)。光纤的横截面大致为圆形,侧面无明显的小面,直径变化小于40μm。本研究对晶体缺陷,例如微气泡,包裹物和生长条纹等进行观察与分析,得出:大多数微气泡是球状的,且存在于光纤的外侧缘;在蓝宝石光纤外侧面也观察到少量的钼包裹物元素;新模具在前几次使用中往往会产生更多的钼夹杂物,在多次使用后降低。通过对熔体膜流体流动的实验和数值模拟,研究蓝宝石光纤中微气泡尺寸和分布,实验和数值模拟的结果显示出良好的一致性。微气泡的分布取决于熔体膜处的流体流动模式,流体流动的涡流使微气泡在热毛细对流作用下移动到蓝宝石光纤外侧缘。633 nm处的吸收损耗为9 dB/m,包裹物和表面不规则性会增加散射损耗。

导模法(EFG)生长大尺寸厚壁管状蓝宝石单晶

采用自行设计的导模法蓝宝石长晶装备,通过优化模具设计和长晶工艺,成功生长了内/外径分别为31/58mm和50/65mm,长度超过300mm的大尺寸厚壁蓝宝石单晶圆管,无开裂多晶,无肉眼可见气泡,晶体质量优良。

导模法生长微孔蓝宝石晶体工艺及性能研究

采用导模法生长了内孔径470 m的蓝宝石晶棒和内孔径160 m板形蓝宝石晶体。基于求解拉普拉斯方程的数值解,得到生长界面处微孔的熔体膜轮廓曲线,采用插入钼丝的方法设计了生长模具以形成和维持晶体内的微孔尺寸,同时解决了微孔蓝宝石长晶生长过程中的两个难点:(1)获得高质量的蓝宝石晶体;(2)在蓝宝石晶体中形成并维持所需的内孔尺寸。所生长的晶体透明完整、无开裂、双晶摇摆曲线测定显示其衍射半峰宽为3.8,具有良好的结晶质量.

导模法生长大尺寸高质量β-Ga2O3单晶

以高纯Ga2O3为原料,使用自主设计的单晶生长炉,采用导模（EFG）法生长了2英寸（1英寸=2.54 cm）未掺杂的高质量β-Ga2O3单晶。研究了保护气氛对抑制Ga2O3原料高温分解速率的影响,对制备的β-Ga2O3单晶的晶体质量、位错和光学性能进行了测试和表征。结果表明,CO2保护气氛能够极大地抑制Ga2O3材料的高温分解,当CO2生长气压为1.5×105Pa时,Ga2O3的平均分解速率低于1 g/h。（100）面β-Ga2O3单晶的X射线衍射（XRD）摇摆曲线测试结果表明,其半高宽低至29 arcsec,表明晶体具有较高的质量;对晶体（100）面进行了位错腐蚀,结果显示其位错密度较低,约为4.9×10^4cm^-2;傅里叶变换红外光谱仪测试结果显示,β-Ga2O3单晶在紫外、可见光透过率达到80%以上。

直接生长蓝宝石整流罩的方法研究

基于人工晶体的导模法生长技术,设计了提拉位移法和坩埚旋转法两种生长方法,分析了直接生长蓝宝石整流罩的生长原理,建立了晶体生长高度和生长半径的状态方程。结果表明,通过理论参数和实际采样值之间的对比调整,这两种方法均可实现蓝宝石整流罩的直接生长。

β-Ga_2O_3体单晶X射线光电子能谱分析

通过对导模法制备的非故意掺杂、Si掺杂β-Ga_2O_3晶体和Si掺杂后退火处理的β-Ga_2O_3晶体进行了X射线光电子能谱分析(XPS),对比分析不同样品的Ga3d、Ga2p、O1s特征峰位和峰强度变化,并结合文献报道中β-Ga_2O_3薄膜及单晶材料的报道结果,进一步确认β-Ga_2O_3体单晶特征峰峰值。同时,通过对各峰强度的变化进行对比分析,对次峰产生的原因进行推测,获得Si掺杂及退火对晶体表面及晶体内部个特征峰的变化规律。

蓝宝石单晶生长技术的现代趋势和应用进展

经过一个多世纪的发展,蓝宝石单晶因其优良的综合性能得到了广泛的应用。文中综述了蓝宝石的新应用,简述了蓝宝石单晶的主要生长方法及各制备方法的适用场合;介绍了我国蓝宝石单晶的主要生长厂家及采用的方法;最后提出了优化蓝宝石单晶生长在行业应采取的措施。

Dy^(3+):Lu_(2)O_(3)中红外激光晶体的导模法生长及其光学性质

采用导模法(Edge‑defined film‑fed growth technique,EFG)制备了无掺杂及Dy^(3+)掺杂的Lu_(2)O_(3)晶体,无掺杂及掺杂晶体在空气中退火后分别变为无色和淡黄色。采用高分辨X射线衍射、拉曼光谱以及吸收光谱等方法对晶体进行了表征。结果表明,晶体X射线衍射摇摆曲线的半峰宽分别为98.4"、170.4"、193.9",最大声子能量分别为609.0,611.4,612.6 cm^(-1);无掺杂晶体在260~3000 nm波段没有明显的吸收,而掺杂晶体具有350,742,798,884,1063,1258,1681,2774 nm Dy^(3+)的特征吸收峰。采用1258 nm激光进行激发,得到2.7~3.0μm的荧光光谱,计算了Dy^(3+)的^(6)H_(13/2)能级寿命分别为17.9μs和16.3μs。采用Judd‑Ofelt(以下简写为J‑O)理论计算了相关光学参量,结果表明Dy^(3+)∶Lu_(2)O_(3)晶体具有实现3μm波段激光输出的潜力。

单晶光纤生长技术研究进展

单晶光纤因其独特的结构特点以及优良的物理性能而被广泛应用于高功率激光器、辐射探测以及高温环境监测等领域。本文综述了单晶光纤的生长技术,探讨了微下拉法(μ-PD)、激光加热基座法(LHPG)以及导模法(EFG)的生长特点,并重点梳理了单晶光纤生长过程中存在的问题及解决方案。此外详细介绍了包层制备技术发展现状以及局限性。最后,阐述了现阶段单晶光纤的主要分类以及应用场景并对未来发展作出展望。

导模法生长β-Ga_(2)O_(3)晶体中的小角晶界

Ga_(2)O_(3)作为最具发展潜力的超宽禁带半导体材料,其晶体缺陷方面还缺乏深入且全面的研究。面缺陷小角晶界主要存在于β-Ga_(2)O_(3)(100)晶面,会破坏晶体结构完整性,降低晶体质量。采用化学刻蚀法和透射电子显微镜技术对导模法生长β-Ga_(2)O_(3)晶体中的小角晶界进行宏观分析和微观结构表征。研究表明:小角晶界两侧的刻蚀坑形状和朝向相同,晶界两侧的晶粒取向差约为3°,除此之外,小角晶界会使摇摆曲线出现肩峰及展宽,通过对β-Ga_(2)O_(3)晶体中小角晶界缺陷的微观结构进行表征,填补了小角晶界缺陷的研究空白。

蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展

蓝宝石单晶因其优良的综合性能而成为最重要的中红外光学材料之一,在军民两用中都具有广泛的应用前景。简述蓝宝石单晶的主要性能;综述蓝宝石单晶的几种重要生长方法及其最新研究成果,并分析了各制备方法的优缺点;介绍了蓝宝石单晶的应用领域及其一些最新成果;最后指出蓝宝石单晶今后的研究重点:(1)改进现有制备工艺及完善近尺寸成型技术;(2)完善蓝宝石单晶的超光滑加工理论及其技术体系。

导模法生长晶体研究进展

导模法是一种极具应用潜力的晶体生长方法,具有生长速度快,加工成本低的优点,广泛用于生长各种形状的晶体。对导模法的原理、特点和发展历史进行了简单介绍,着重论述了导模法在生长有形蓝宝石和硅晶体中的发展和应用,对目前导模法生长晶体过程中存在的问题做了简单的介绍。