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。     

新型红外探测器材料Hg1-x-y CdxZnyTe研究

采用移动加热器法(THM)进行了新型红外探测器材料 Hg1-x-yCdxZnyTe(MCZT)的晶体生长,获得的MCZT晶片经汞源退火后进行了光学特性、结构特性、电学性能和组分均匀性的检测与分析,并且初步制作成近室温工作的长波光电导器件,对器件性能进行了测试与分析。结果表明用移动加热器法生长Hg1-x-yCdxZnyTe晶体是成功的,获得晶片的材料特性与器件性能初步达到了应用水平。     

水热法合成ZnO单晶生长工艺研究

采用水热温差法进行ZnO晶体的生长研究,分析在不同温度压力和矿化剂条件下分别合成几十纳米ZnO晶体和径向尺寸和高度到毫米级的ZnO晶体的生长工艺,探讨了晶体不同晶面生长速度和质量的一般规律及晶体生长机制.     

垂直Bridgman法生长CaF2单晶传热过程的数值分析

采用有限元法对大尺寸氟化钙单晶的生长过程进行了传热分析,准稳态模型简化模拟计算过程.研究了梯度区不同的温度梯度对界面形状和晶体生长速度的影响,讨论了辐射传热对晶体生长过程传热的影响.研究表明:晶体生长过程中界面凸度发生变化;晶体生长速率与坩埚下降速率不一致;25 K/cm为合适的梯度区温度梯度;晶体内部辐射传热对单晶生长传热过程有重要影响.计算结果表明,3个时期的固相等温线的曲率小于液相的.根据数值模拟结果进行了晶体生长实验,生长出的晶体完整,透明,无宏观缺陷.     

KDP/KD*P晶体生长过程中柱面扩展的研究

目前在KDP/KD*P晶体的实际生长过程中,仍以传统降温法为主.在传统降温速度的基础上适当提高降温速度,可以加快KDP/KD*P晶体的生长速度,但与此同时有可能产生柱面扩展.为此,我们对不同生长环境下的KDP/KD*P晶体生长过程中柱面扩展进行了一系列研究.实验中所用KDP原料和去离子水均与生长大口径KDP晶体相同,其它各项条件也尽量模拟大口径KDP晶体生长过程中的实际情况.在晶体生长实验过程中通过研究不同条件下KDP/KD*P晶体的柱面扩展情况来研究柱面扩展对KDP/KD*P晶体光学质量影响的共同特点.通过分析和研究实验数据及晶体生长过程,我们认为在正常生长条件下引起柱面扩展的主要因素有两个溶液的过饱和度和籽晶柱面存在的缺陷.扩展部分的晶体的光学质量与本体部分差别较大,扩展部分对光的透过率在紫外部分下降很快,明显低于本体部分在这一波段的透过率.本体部分和扩展部分对光的透过率在其它波段差别不十分突出.     

大尺寸KDP晶体生长开裂的尺度效应分析

在人工生长大尺寸KDP(磷酸二氢钾,KH2PO4)晶体过程中晶体会发生开裂现象,尤其是晶体生长到400mm左右时晶帽下端容易出现裂纹.为了研究KDP晶体的生长过程中的开裂机制,采用有限元方法模拟该晶体的生长过程,重点分析了晶体在不同生长尺寸的应力场分布规律,结果表明生长过程中晶体内部应力分布存在明显的尺度效应.当KDP晶体生长达到400mm时,晶帽下部受力逐渐由受压状态转变为受拉状态,根据KDP晶体材料抗拉不抗压的性质,此时开裂的机率增大.这一发现为下一步深入研究晶体生长开裂的损伤力学机制和寻找KDP晶体生长中的防裂措施奠定了基础.     

一种新体系下的祖母绿水热生长工艺研究

为了使水热法生长祖母绿晶体能够产业化,大幅度降低其生产成本,我们在原有技术基础上又寻找了一种新的水热生长体系,对祖母绿在该体系中的溶解度、溶解度温度系数、P-T-V(F)特征等进行了实验研究,然后系统地试验了祖母绿晶体的生长质量和生长速率与温度、压力、介质溶液及其浓度、试料配方、搀杂离子及其浓度、籽晶切型等的关系,得到了晶体生长的最佳生长条件,并生长出了优质的祖母绿晶体,晶体矿物学特征与天然祖母绿基本一致.     

垂直布里奇曼法生长CdZnTe晶体时坩埚下降速度的优化研究

在垂直布里奇曼法(VBM)晶体生长的过程中,坩埚下降速度和晶体生长速度之间的关系对生长出来的晶体质量有很大的影响。本文采用有限元法对探测器材料CdZnTe的晶体生长过程进行了热分析,主要研究了不同的坩埚下降速度对生长过程中晶体生长速度及固液界面形状的影响,发现材料的热导率和相变潜热的比值是影响固液界面形状的主要内因。模拟结果表明,当坩埚下降速度Vp≈1mm/h时,其数值与晶体生长速度接近相等,可获得接近水平的固-液界面。实际的晶体生长实验结果与计算机模拟的结论基本一致。因此,通过适当的选择和调节坩埚下降速度是获得高质量晶体的可行技术方案。     

对流作用下胞晶侧向生长实时观察

对透明模型合金的晶体生长过程进行实时观测, 是研究晶体凝固过程的有效手段, 对认识晶体组成结构形成机理及控制金属组织结构具有重要的意义. 采用自行设计的定向晶体生长室和观察测量装置, 在不同的晶体生长速度下, 对丁二腈-5wt%乙醇透明模型合金定向凝固的界面生长形态进行了实时观测研究. 实验发现, 由于重力对流和微对流机制对晶体生长过程的影响, 使得胞晶在生长过程中有明显顺流偏转现象.     

Bridgman法晶体生长中的溶质分凝与偏析

Bridgman法从1925年问世至今,已经演变出多种控制方式,成为金属定向凝固和人工晶体生长的核心技术.由于溶质分凝导致的成分偏析是Bridgman法生长固溶体型晶体材料中遇到的一个难题.本文从溶质分凝的热力学原理和溶质传输的动力学分析入手,探讨了Bridgman法晶体生长过程中溶质分凝和偏析形成的基本原理和规律.进而分析了溶质分凝与温度场的耦合关系以及对流对溶质分凝行为的影响.最后,结合CdZnTe晶体生长过程,分析了溶质分凝与偏析的控制在实际晶体生长过程的应用.     

导模法生长白宝石单晶中的缺陷观察

本文采用导模法生长出了白宝石（1102）片晶和（0001）棒晶．在此基础上实验观察了白宝石单晶中的位错、亚晶界和小品面等缺陷的形态、数量及分布,讨论了生长条件对它们的影响．结果表明,晶体生长速率和籽晶质量是影响晶体缺陷的两个主要因素．     

Growth of larger and more perfect single crystals of KClO4 in silica gel

As part of a continuing effort on crystal growth in gels, this paper describes the growth of large transparent single crystals of KClO₄ by the improved design. The effect of various anionic and cationic components on nucleation, growth and quality of these crystals has been studied. It has been found that a combination of KNO₃ and HClO₄ as the reactants resulted in the best crystals in terms of crystal size, quality and inter-crystalline separation. The effect of various impurities on nucleation, growth and quality of these crystals has been studied. It has been found that the impurities which enhance the solubility of KClO₄ have a positive effect on the size and quality of the crystals. A new etchant, consisting of concentrated HCl and H₂SO₄ in the volume ratio 2:3 has been found to reveal as-grown as well as freshly introduced dislocations.     

宽禁带半导体氧化镓晶体和器件研究进展

β-Ga2O3作为新型宽禁带半导体材料,近年来受到了人们的广泛关注。β-Ga2O3禁带宽度可达4. 7 e V,相比于第三代半导体SiC和Ga N,具有禁带宽度更大、击穿场强更高、Baliga品质因子更大、吸收截止边更短、生长成本更低的优点,有望成为高压、大功率、低损耗功率器件和深紫外光电子器件的优选材料。此外,β-Ga2O3单晶可以通过熔体法生长,材料制备成本相对较低,有利于大规模应用。重点介绍了β-Ga2O3单晶的生长及工艺优化,然后对晶体加工、性能表征、光电探测及功率器件应用等方面进行了讨论,并展望了β-Ga2O3晶体未来的发展方向。     

硅酸铋（Bi12SiO20）晶体生长的研究进展

本文介绍了光折变晶体ＢＳＯ生长研究的国内外进展。对ＢＳＯ晶体生长方法、组分和结构缺陷表征、材料性能的改进等几个方面进行了综合评述。讨论了各种生长方法的优缺点以及阻碍ＢＳＯ晶体批量生产的几种因素。指出坩埚下降法在实现大尺寸优质ＢＳＯ晶体的批量生产方面已显示出优越性，它应该成为今后ＢＳＯ晶体生长研究的一个重要发展方向。     

大尺寸6H-SiC半导体单晶材料的生长

报道了生长SiC单晶的PVT法生长工艺,研究了晶体生长温度、温度梯度、生长室压力、杂质等因素对晶体生长和晶体质量的影响,确定出合理的工艺条件,生长出φ45mmSiC单晶.X射线衍射表明,生长的单晶为6H多型结构,通过腐蚀法得到晶体中微管道密度约为10³cm^-2,位错密度约为10⁴～10⁵cm^-2.测试了SiC单晶的半导体特性,结果表明:晶体为n型,电阻率约300Ω·cm,迁移率90cm2V^-1S^-1,载流子浓度在10¹⁴cm^-3量级.     

A numerical investigation of dopant segregation by modified vertical gradient freezing with moderate magnetic and weak electric fields

The paper numerically investigates melt growth of doped gallium-antimonide (GaSb) semiconductor crystals by the vertical gradient freeze (VGF) method utilizing a submerged heater. Electromagnetic (EM) stirring can be induced in the gallium-antimonide melt just above the crystal growth interface by applying a small radial electric current in the melt together with an axial magnetic field. The transport of any dopant by the stirring can promote better compositional homogeneity. This investigation presents a numerical model for the unsteady transport of a dopant during the VGF process by submerged heater growth with a moderate axial magnetic field and a weak electric field. Numerical predictions of the dopant distributions in the crystal and in the melt at several different stages during growth are presented.     

非掺半绝缘GaAs单晶的垂直梯度凝固生长

研究了非掺ＧａＡｓ半绝缘单晶的液封垂直梯度凝固法（ＶＧＦ）生长技术,解决了Ｓｉ沾污和Ｃ浓度的控制问题,得到了直径２英寸非掺半绝缘低位错单晶。测试表明：该单晶的位错密度较ＬＥＣ单晶下降近一个数量级,电学参数与ＬＥＣ单晶类似,接近国个ＶＧＦ单晶的的参数指标。     

溶剂熔区移动法生长Cd0.9Zn0.1Te晶体的工艺优化研

为了解决Cd_0.9Zn_0.1Te(CZT)晶体生长温度高、单晶率低、成分不均匀等问题, 采用溶剂熔区移动法(THM)在优化工艺参数下生长了掺In的CZT晶体, 在优化晶体的生长温度、固液界面处的温度梯度、原位退火过程等生长条件后, 生长出直径为45 mm的低Te夹杂浓度、高电阻率、高透过率、均匀的高质量CZT晶体。 X射线衍射结果显示, 晶体的结晶性较好、Zn成分轴向偏析小。红外透过光谱测试结果显示, 晶体内部的杂质、缺陷水平相对较少, 晶体整体的红外透过率在60%左右。紫外-可见光吸收光谱测试结果也进一步表明, 晶体的均匀性良好。采用红外显微镜对晶体内部的Te夹杂形貌及其尺寸进行观察, 结果表明Te夹杂的尺寸主要分布在0~10 μm之间。采用直流稳态光电导技术测得电子的迁移率寿命积约为8×10^-4 cm²/V。     

悬浮区域熔炼法制备REB6（LaB6、CeB6）单晶体及其表征

采用区域熔炼法成功制备出了高质量、高纯度、大尺寸的LaB6、CeB6单晶体。系统分析了制备过程中每个参数对晶体生长的影响,确定了晶体成长最佳工艺:(1)LaB6:转速为30r/min,生长速度为8～10mm/h,两次区熔;(2)CeB6:转速为30r/min,生长速度15～20mm/h,一次区熔。然后对晶体进行表征,主要方法有单晶衍射、断面扫描、拉曼衍射、摇摆曲线。由此可知悬浮区域熔炼法是制备高质量、高纯度、大尺寸REB6的最佳方法。