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Raman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.     

有机非线性光学材料NPAN晶体的生长

测定了N-(4-硝基苯)-N-甲基-2-氨基乙腈(简 称NPAN)晶体在某些有机溶剂中的溶解度,研究了 NPAN在这几种有机溶剂中溶液的热力学性质及溶质 与溶剂的相互作用,根据界面熵因子α值,讨论了在不同溶剂中不同晶面的晶体生长机制.选择丁酮为生长溶剂,进行单晶生长实验,在35～25℃温度区间内,用溶液降温法成功地培养出尺寸为40mm×7.0mm×7.0 mm、柱状透明的单晶,并讨论了NPAN晶体的生长条件.     

ZnO/GaN/Al2O3的X射线双晶衍射研究

以H2O作氧源,Zn(C2H5)2作Zn源,N2作载气,以GaN／Al2O3为衬底采用常压MOCVD技术生长了高质量的ZnO单晶膜。用X射线双晶衍射技术测得其对称衍射(0002)面ω扫描半峰宽(FWHM)为404arcsec,表明所生长的ZnO膜具有相当一致的C轴取向;其对称衍射(0004)面ω-20扫描半峰宽为358arcsec,表明所生长的ZnO单晶膜性能良好;同时,该ZnO薄膜的非对称衍射(1012↑-)面ω扫描半峰宽为420arcsec,表明所生长的ZnO膜的位错密度为10^8cm^-2,与具有器件质量的GaN材料相当。     

γ-LiAlO2 Single Crystal Grown by Czochralski Technique and Modified by Vapor Transport Equilibration (VTE) Technique

Large-sized (～2 inch, 50.8 mm) γ-LiAlO2 single crystal has been grown by conventional Czochralski (Cz)method, but the crystal has a milky, dendriform center. The samples taken from transparent and milky parts were ground and examined by X-ray diffraction. All diffraction peaks could be indexed in γ-LiAlO2. The crystal quality was characterized by X-ray rocking curve. The full-width at half-maximum (FWHM) values are116.9 and 132.0 arcsec for transparent and milky parts, respectively. The vapor transport equilibrium (VTE)technique was introduced to modify the crystal quality. After 1000℃/48 h, 1100℃/48 h, 1200℃/48 h VTE processes, the FWHM values dropped to 44.2 and 55.2 arcsec for transparent and milky part, respectively.The optical transmission of transparent part was greatly enhanced from 85% to 90%, and transmission of milky part from 75% to 80% in the range of 190～1900 nm at room temperature. When the VTE temperature was raised to 1300℃, the sample cracked and FWHM values of transparent and milky parts were increased to 55.2 and 80.9 arcsec, respectively. By combining Cz technique with VTE technique, large-sized and high quality γ-LiAlO2 crystal can be obtained.     

弛豫铁电单晶PZNT93/7的生长与电性能研究

以50mol％PbO为助溶剂,采用溶剂-坩埚下降法生长了Pb[(Zn1/3Nb2/3)0.93Ti0.07]O3(PZNT93/7)弛豫铁电单晶.为了控制成核,我们在坩埚底部设计了一个通气装置以诱导自发成核.晶体在Pt坩埚中生长,坩埚尺寸为40mm×40mm×300mm,下降速率为0.5mm/h,通气流量为1～1.6L/min.所得晶体最大尺寸达φ30mm×25mm.该晶体具有明显的结晶学形貌.X射线定向表明,其主要显露面为(001).由于气流不稳定以及质量输运较慢,晶体内部容易形成一些红色PbO包裹.介电和铁电性能研究表明,该晶体的性能能够满足新型医疗诊断设备对阵列换能器的要求.     

不同衬底上Ba0.4Sr0.6TiO3铁电薄膜的制备及外延生长的研究

利用脉冲激光沉积( PLD)技术,通过一系列实验成功地制备出了近外延生长的Ba0.4Sr0.6TiO3铁电薄膜.研究了衬底对Ba0.4Sr0.6TiO3铁电薄膜外延质量的影响.从摇摆曲线的半高宽(FWHM)及原子力显微镜(AFM)图谱中可以看出,在铝酸锶钽镧(LAST)衬底上生长的薄膜,外延质量明显比失配度更小的钛酸锶...     

ZnSe单晶的气相生长及光学性质

用改进的化学气相输运技术(CVT),以Zn(NH4)3Cl5为新的气相输运剂,直接从单质Zn和Se一步在封密管中生长了ZnSe单晶,升华温度1001～1020℃,管内温差<4℃。经过两周生长,得到8mm×7mm×0.8mm的绿色ZnSe晶体。XRD表明晶体表面为(111)面;受气固界面形貌影响,双晶衍射半高峰宽为50s;PL谱由DPA和SA两个发光峰组成;并研究了晶体片的吸收光谱、荧光光谱、反射光谱和红外透过等光学性质。     

高温退火对PVT法生长的AlN晶体质量的影响（英文）

在PVT法生长AlN晶体的过程中,很难保持理想的热力学平衡状态,不可避免地会产生晶体缺陷。高温退火技术对提高晶体完整性十分有效，受到了广泛关注。本工作在N₂气氛环境下对PVT法生长的AlN晶片进行高温退火研究。为了评价退火前后AlN晶体的质量和结构变化情况,进行了高分辨率X射线衍射(HRXRD)和拉曼光谱分析。通过室温光致发光(PL)和吸收光谱对AlN晶体的光学性质以及与杂质相关的带隙变化情况进行了表征。在1400～1800℃退火后, AlN晶体质量显著提高。1400℃退火后,(10-12)晶面的X射线摇摆曲线的半峰宽(FWHM)从104.04 arcsec减小到79.92 arcsec。随着退火温度升高,吸收性能明显增强,带隙增大,说明高温退火处理有利于提高AlN晶体的质量。二次离子质谱(SIMS)结果表明,退火过程降低了C杂质,增加了AlN晶体的带隙,这与光吸收结果一致。     

在多工位炉上CeO2:Bi12SiO20单晶生长的研究(Ⅱ)——空间生长实验部分

掺CeBi12SiO20单晶在神舟3号(SZ-3)飞船上成功地进行了空间生长,得到晶体尺寸为φ10mm×40mm.将空间生长的晶体和地面生长晶体对比发现空间生长晶体的外观同地面生长晶体有明显差异.分析测试空间和地面晶体的X射线摇摆曲线、吸收曲线和喇曼光谱,结果表明空间生长掺CeBSO晶体的结构完整性优于地面生长的晶体,掺Ce对BSO晶体光学性能的影响空间制备晶体要大于地面制备的晶体     

退火温度对等离子体增强化学气相沉积方法生长的ZnO薄膜质量的影响

研究ZnO薄膜质量与退火温度的关系,为了获得高质量的晶体薄膜,采用PECVD方法在硅(100)衬底上生长ZnO薄膜,生长温度为120℃,然后分别在氧气环境下退火(600℃～1000℃)1 h.X射线衍射谱和原子力显微镜(AFM)照片结果表明随着退火温度的升高,晶体择优取向明显,晶粒平均尺寸增大,到900℃时,晶粒平均尺寸达到38 nm.光致发光谱的结果表明,随着退火温度的升高,发光峰的半高宽(FWHM)逐渐地变窄,到900℃时,达到92meV,晶体质量得到了明显提高.通过对变温光谱的拟合计算,得到激子束缚能为59 meV,表明紫外发射来自于自由激子辐射复合.     

射频溅射ZnO作为GaN厚膜生长缓冲层的工艺研究

采用射频磁控溅射法制备出了适用于HVPE-GaN厚膜生长的ZnO缓冲层,利用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)等分析方法表征了ZnO缓冲层以及HVPE-GaN厚膜的晶体性能。实验结果表明,采用溅射功率为60W、氩气压强为2.0Pa、蓝宝石衬底为室温条件下的溅射工艺获得了(0002)单一取向、晶界清晰、晶粒尺寸均一的ZnO薄膜,以它为缓冲层获得的GaN厚膜XRD的(0002)衍射峰半高宽(FWHM)为265secarc,室温PL谱未见明显黄光发射带。     

紫外倍频晶体K2Al2B2O7的生长与性能

研究了溶液配比和降温速率对K2Al2B2O7(KABO)晶体生长的影响,发现NaF与KABO的适宜比例为2:1,晶体生长的合适降温速率为(0.1~5)℃/d,NaF为合适助熔剂.籽晶的取向也影响晶体的质量,[110]方向是KABO晶体生长的最佳生长方向;采用顶部籽晶技术,以NaF为助熔剂可生长出尺寸为50 mm×20 mm×17mm、重30 g的高光学质量KABO透明单晶.晶体对波长2500nm以上的光表现出各向异性吸收,紫外截止边为180nm.用V型棱镜法测出的KABO晶体折射率拟合出了Sellmeier方程,计算了SHG相位匹配范围,一类相位匹配最短倍频波长为225.5 nm.KABO晶体的266 nm SHG相位匹配角为58.1°.长度为3.6 mm的晶体Nd:YAG激光器四倍频输出能量转换效率为12.3％.     

MOCVD同质外延生长的单晶β-Ga2O3薄膜研究

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在(010)Fe掺Ga₂O₃半绝缘衬底上进行同质外延生长Ga₂O₃薄膜,系统性地研究了生长温度(880℃/830℃/780℃/730℃)和生长压强(80/60/40/20 Torr)对外延薄膜表面形貌、晶体质量以及电学特性等的影响。结果表明随着生长温度和压强的增加：薄膜生长速率分别呈现出略微增加和大幅下降的趋势;薄膜表面阶梯束(step bunching)的生长方式逐渐增强,并且呈现出沿着[001]晶向生长的柱状晶粒;高分辨X射线衍射(XRD)扫描显示薄膜均只在(020)面存在衍射峰,表明生长的薄膜为纯β相单晶薄膜,且半高宽可达到45.7 arcsec;霍尔测试表明780℃和60 Torr的生长条件下薄膜的室温电子迁移率最高。本文为基于MOCVD的Ga₂O₃同质外延生长提供了系统的参数指导,为高质量Ga₂O₃薄膜的制备奠定了基础。     

大尺寸PWO:(Sb,Y)晶体光谱特性的表征研究

报道了用改进的Bridgmam法生长的大尺寸PbWO4:(Sb,Y)晶体的光谱特性的表征研究.通过对依次切自大尺寸PbWO4:(Sb,Y)毛坯晶体的籽晶端、中间部位和顶端三块晶体(-23mm×23mm×20mm)的透射光谱、X射线激发发射光谱、紫外激发与发射光谱、发光衰减寿命、光产额和辐照损伤等方面的光谱性能测试,结果表明,Sb、Y双掺杂能显著改善PbWO4晶体的光谱性能,使晶体在短波330-420nm范围的透过率明显提高,光产额增加,抗辐照能力增强.但从籽晶端到顶端的性能存在一定的差异,说明大尺寸的PbWO4:(Sb,Y)晶体的均匀性还有待提高.     

熔盐提拉法生长的Nd3+:KGd(WO4)2单晶的性能研究

采用熔盐提拉法生长出φ20mm×35mm的优质Nd3+KGd(WO4)2晶体,对晶体三个轴向的光谱进行了测试研究,结果表明a轴向的吸收和荧光谱峰最强,最适合于进行激光实验研究.采用脉冲氙灯泵浦φ3.5mm×26mm的激光器件,在1.067μm处得到125.5mJ的激光输出.在同等条件下对YAGNd激光晶体进行了激光实验研究,并对两种结果进行了比较,结果表明和YAGNd3+晶体相比,KGWNd3+晶体具有激光阈值低、效率高和输出光为偏振光等优点,因此在小型激光器的应用方面具有明显的优势.     

温梯法蓝宝石(Al2O3)晶体的脱碳去色退火研究

温度梯度法(TGT)生长的Al2O3晶体因石墨发热体在高温时的挥发和原料中过渡性金属离子的存在,晶体在不同部位呈现不同颜色,一般上部为浅红色,尾部为浅黄绿色.将TGT法生长的Al2O3晶体(φ110×80mm3)依次经过高温氧化气氛、高温还原气氛脱碳、去色退火实验,即"两步法"退火实验,晶体变成无色、透明.经测试,Al2O3晶体的完整性、光学透过率和光学均匀性均有显著提高.     

RF-MBE生长AlGaN/GaN二维电子气材料

用射频等离子体辅助分子束外延技术 (RF -MBE)在C面蓝宝石衬底上外延了高质量的GaN膜以及AlGaN/GaN极化感应二维电子气材料 .所外延的GaN膜室温背景电子浓度为 2× 10 17cm-3 ,相应的电子迁移率为 177cm2 /Vs;GaN (0 0 0 2 )X射线衍射摇摆曲线半高宽 (FWHM)为 6arcmin .;AlGaN/GaN极化感应二维电子气材料的室温电子迁移率为 730cm2 /Vs ,相应的电子气面密度为 7.6× 10 12 cm-2 ;用此二维电子气材料制作的异质结场效应晶体管 (HFET)室温跨导达 5 0mS/mm (栅长 1微米 ) ,截止频率达 13 .2 5GHz(栅长 0 .5微米 ) ,可在 30 0℃下工作     

退火对氧化锌薄膜结晶性能的影响

采用射频磁控溅射法在(001)硅片上制备了ZnO薄膜,利用X射线衍射对薄膜的制备工艺进行了研究,结果表明,基板温度、溅射功率、氩氧比、总气压在一个较大的范围内变化时都可实现薄膜的c轴择优取向生长.随后对薄膜进行了空气退火并利用摇摆曲线表征薄膜的结晶质量,摇摆曲线的半高宽随退火温度的提高而减小,700℃退火后FWHM为2.5°.     

预成核对蓝宝石衬底上生长氮化镓低温层的影响北大核心CSCD

金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术以气相源的热分解反应作为基础,其适合规模化生产,是现今生长半导体材料的主要制备方式。在MOCVD生长GaN的过程中,衬底表面初始条件直接影响到材料成核与生长,因此对于外延生长非常关键。本论文研究了GaN外延生长过程中蓝宝石衬底的表面预成核工艺对GaN低温成核的影响。通过对比未处理样品和高温预通TMGa、高温预通TMGa和NH3预成核以及高温预通TMAl和NH3预成核的样品上生长的低温层退火后的形貌,我们发现高温预成核形成的成核点有利于吸引其周围气相源并入,并降低成核岛的密度。结合光学实时反射率监测气相沉积中晶粒的成核过程,进一步横向比较可发现由于高温时AlN更稳定,预成核的效果更好,对退火以后GaN小岛形貌影响更加显著。X射线衍射表征成核层的晶体质量,发现预成核工艺可将退火后成核层的(002)衍射峰半高宽从1636 arcsec降低到最低1088 arcsec。通过对比分析,我们认为高温预成核工艺的优点可能来源于其可以改善成核初期小岛的晶向。这些研究为进一步提高GaN外延质量提供了新的工艺思路。     

硒镓银晶体的结构与光学特性研究

用坩埚旋转下降法生长出 2 2mm× 88mm的红外非线性光学晶体硒镓银 ,并对其结构与光学特性进行了研究 ,测定出晶体结构为 4- 2m点群 ,晶格常数a =0 .5 993 3mm ,c =1.0 884nm ,熔点860℃ ,在 10 .6μm附近的透过率为 62 .4% ,对 10 .6μmCO2 激光的能量转换效率达 12 %。此外 ,还进行了扫描电子显微镜 (SEM )图像观察和核光谱特性测量。