多晶硅锭中硬质点分析及控制研究

以多晶硅锭中硬质点为研究对象,通过实验研究和数值模拟的方法,对多晶硅锭中硬质点进行形貌和成分分析,并提出改善控制方法。研究结果表明硅锭中部的硬质点较细小,主要由SiC组成;硅锭头部的硬质点较粗大,主要由SiC和Si3N4组成,还有少量O的存在。进一步研究发现多晶硅定向凝固铸锭炉的热场结构对于多晶硅锭硬质点形成有直接影响,通过改进热场结构,优化晶体生长界面,显著减少了铸锭中硬质点的数量。     

极端电场环境激励下的VO2相变性能研究与应用

为揭示VXOY薄膜场致相变规律,推广钒氧化物应用于卫星控制系统,指导氧化钒规模制备,将磁控溅射法和真空退火工艺相结合,在Al2O3陶瓷基片上制备出VXOY薄膜,降低了实验对仪器精度的要求,提高了实验的成功率。对基片进行磁控溅射镀膜,在管式炉中进一步氧化处理生成表面均匀的V2O5,然后进行高温退火处理,对不同退火条件下的生成的薄膜进行了XRD表征。测得了电场激励下VXOY薄膜的相变现象,验证了电场激励下焦耳热并非薄膜相变的主导因素;总结了不同组分下VXOY薄膜的相变规律,研究了不同V6O13含量对VO2薄膜临界相变电压的影响规律,可指导VXOY薄膜应用于微纳卫星等极端环境下的设备控制系统。     

高温度梯度定向凝固单相Mg2Sn合金的制备及其热电性能

高温度梯度(180K/cm)定向凝固方法可制备单相Mg_2Sn晶体,通过凝固理论对平-胞转换临界速率进行了计算,并预测了单相Mg_2Sn晶体的生长距离,与试验结果相吻合。此方法获得的Mg_2Sn晶体由于去除了第二相Sn的影响,可以获得更好的热电性能,在测试温度区间300～700K内,未掺杂条件下最大Seebeck系数和电导率值分别可达-261μV·K~(-1)和525?-1·m~(-1),通过Bi掺杂来对电导率进行优化后,功率因子最高可达2.29 mW·(m·K~2)~(-1)。单相Mg_2Sn晶体的热导率也得到大幅降低,500 K时,最小值为4.3 W·(m·K)~(-1),Bi掺杂量为1.5%(原子分数)时,热电优值ZT最高可达到0.21。这一方法可以为制备高性能的Mg_2B~(IV)体系三元固溶体合金提供参考。     

掺钕氟化钇锂多晶料的合成与晶体生长

采用干法(稀土氧化物与无水HF气体高温反应)合成Nd∶LiYF4(Nd∶YLF)多晶料。通过X射线衍射仪对多晶料的物相结构进行表征,确定了多晶料合成最佳工艺参数。发现稀土氟化物原料中氧化物杂质的存在对生长晶体有很大影响,直接采用未经处理的氟化物原料生长晶体,会在晶体表面出现白色包裹物。因此,在HF气氛下,经1 200℃热处理才能去除残留在氟化物原料中的氧化物杂质,保证生长晶体的质量。实验确定了生长YLF晶体的最佳组分配比是LiF与YF3的摩尔比为53∶47。以最佳组分配比,采用提拉法生长了Nd∶YLF晶体。结果表明:以最佳组分配比生长的Nd∶YLF晶体具有高的纯度和光学性能;在808nm二极管激光器泵浦下,位于1 047和1 053nm处的发射峰(4 F3/2→4 I11/2)均有较强的荧光发射。     

定向凝固Ag掺杂Mg3Sb2合金热电性能

通过定向凝固方法可以高效制备Mg₃Sb₂晶体,根据凝固理论计算了平界面生长临界速率,在此速率下可以有效抑制第二相Sb的析出。对不同的凝固速率下的Mg₃Sb₂晶体微观组织进行了分析,表明凝固速率为5μm·s^-1时可以有效减少Mg空位的出现,并在晶体中获得过量Mg原子,有利于更好地提升热电性能。通过消除晶界和Ag元素掺杂有效提升了Mg₃Sb₂晶体的载流子迁移率和浓度,在测试温度区间(300～800K)内,最大电导率值可达309S·cm^-1,同时保持了较高的Seebeck系数值,从而获得了更好的电子传输性能(PF_max=1.2mW·m^-1·K^-2),通过Hall测试和第一性原理计算对此结果进行了验证。Ag掺杂浓度为2.5at%下相应的热电优值最高可以达到0.67,此方法为Mg₃Sb₂基热电材料性能优化提供了新的...     

Co-Sn单相合金深过冷凝固时Co3Sn2 相生长形貌的演变机制

开展了(Co₆₀Sn₄₀)_100-xNb_x (x=0,0.4,0.6,0.8,at%)单相合金的深过冷凝固实验,研究了Co₃Sn₂相生长形貌的演变机制。结果表明,在小过冷度下,Co₃Sn₂相在x=0,0.4以海藻状的模式进行生长,随着添加的Nb含量增加至0.6at%,其生长形貌转变为树枝晶,并在x=0.8进一步转变为分形海藻晶,这主要是由于界面能各向异性和动力学各向异性的变化。随着过冷度的增加,(Co₆₀Sn₄₀)_99.4Nb_0.6合金中Co₃Sn₂相生长形貌在过冷度大于28 K时从树枝晶转变为分形海藻,当过冷度高于143 K时转变为密集海藻。少量的Nb添加在小过冷度和中间过冷度时能提高Co₃Sn₂相的生长速度,但是在大过冷度下会显著降低生长速度。Co₃Sn₂相生长速度随过冷度变化规律的转变对应其生长形貌从分形海藻向密集海藻的转变。     

超细碳酸钙粉体的制备

以CaCl2和(NH4)2CO3为原料,采用气相扩散法合成碳酸钙晶体。通过添加合适的晶形控制剂,选择适当的用量,合成了花生状碳酸钙晶体。用发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)进行了表征,结果表明,当控制剂柠檬酸钠用量在10 mmol/L时,生成的花生状碳酸钙粒子粒度分布均匀,在700 nm左右,且粒子分散性良好。并对花生状碳酸钙粒子的形成机理进行了探讨。     

强磁场对非线性光学晶体ZnGeP_2生长及性能的影响

按化学计量比并富P2%配料,通过改进的单温区合成法合成出高纯、单相的ZnGeP2多晶原料,在无磁场、6 T匀强磁场和上、下梯度磁场条件下,使用坩埚下降法成功生长出ZnGeP2单晶。研究表明,施加6 T匀强磁场和上、下梯度磁场后,ZnGeP2晶体依次沿(116)、(112)和(220)取向,与无磁场下晶体取向不同;ZnGeP2晶体成分沿纵向方向在强磁场中比无磁场中波动明显;红外透过率在匀强和上梯度磁场中均有明显提高,下梯度磁场中变化不明显;电阻率在匀强和上梯度磁场中有所下降,而下梯度磁场中则有所升高。     

采用磁控溅射法在Si(100)生长InN薄膜及其禁带宽度与拉曼的测试

本文采用磁控溅射法在Si(100)衬底上生长出高取向性和多种微观形貌的InN薄膜,其中铟作为铟靶,氮气作为氮源。x射线衍射(XRD)法和x射线光电子能谱(XPS)表明所有衍射峰和标准的纤锌矿晶型的InN一致,并且在 (101), (100)和(002)方向具有极高的取向度。扫描电子显微镜(SEM)和能带衍射谱表明,可以生长出高质量的不同微观结构的InN晶体薄膜,尤其是溅射功率为60W,溅射压强为0.4Pa时表现为标准的正六边形结构。在室温下并且激发波长为λ= 633的拉曼测试表明,可以通过E₂(High)峰计算出InN薄膜的应力,由于微观结构的不同导致应力值也不同,A₁(LO)峰值比较低是由于迁移率较高导致。紫外吸收测试可以计算出的能带宽度分别为1.07 eV,1.13 eV,1.32 eV。XRD、SEM、XPS、霍尔效应,紫外吸收和拉曼光谱证明生长出的不同微观结构的薄膜可以适应各种需求的传感器和其他设备。