PVT法同质籽晶AlN晶体生长

为了获得高质量AlN晶体,通过物理气相传输(PVT)法,采用AlN籽晶进行AlN晶体生长,并通过双温区加热装置对衬底与原料之间的温差进行调节。研究结果表明,籽晶形核阶段,随着AlN籽晶与原料顶温差的减小,AlN的形核机制呈现三种模式,分别为岛生长模式、畴生长模式和螺旋位错生长模式;晶体生长阶段,通过增加AlN籽晶与原料顶温差来提高晶体生长速率,采用10℃/h的变温速率将温差从10℃增加为30℃时,AlN晶体生长模式不变,仍然保持螺旋位错生长模式,该生长模式下获得的AlN晶体结晶质量最高,(0002)面摇摆曲线半峰宽(FWHM)约为55 arcsec。     

PBN坩埚生长碲锌镉单晶的性能与缺陷研究

采用垂直布里奇曼法,利用热解氮化硼(PBN)坩埚生长碲锌镉单晶(CdZnTe),并对晶体进行定向、切割与磨抛制成(111)面碲锌镉晶片。采用傅里叶红外透过光谱仪、红外透射显微镜、金相显微镜、X射线形貌仪、X射线衍射仪和X射线双晶衍射仪等仪器系统地检测和研究了碲锌镉晶体的性能与缺陷。研究发现:相比于石英坩埚,采用PBN坩埚生长的碲锌镉晶体单晶率和出片率均大幅增加,孪晶、小角晶界和位错密度明显减少。     

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1.5×105 Pa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4.9×104 cm-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.     

SiC单晶体放射状裂纹缺陷研究

在采用物理气相传输(PVT)法生长碳化硅(SiC)单晶的过程中,放射状裂纹是常见的缺陷。使用微分干涉显微镜对SiC单晶体和晶体抛光片表面形貌进行观测,结合晶体突变光滑面生长模型,对PVT法生长的SiC单晶放射状裂纹缺陷的形成机理进行了研究,并提出了消除或抑制放射状裂纹缺陷产生的方法。研究结果表明,放射状裂纹的出现与PVT生长过程中晶体微管密度紧密相关。在晶体生长初期,晶体生长平台平铺至尺寸较大的微管后形成微裂纹,这些微裂纹会随着晶体生长中的应力释放而沿晶体径向增殖、汇聚,最终与径向上的其他微裂纹连接成宏观放射状裂纹。通过提高SiC籽晶质量(低微管密度)、优化生长工艺参数可有效抑制放射状裂纹的产生。     

优质碲锌镉单晶的生长及性能测试

采用垂直布里奇曼法(VB)生长出直径为55mm、低位错密度、结构完好的碲锌隔单晶(Cd0.955Zn0.045Te)。通过位错腐蚀坑密度、傅立叶红外透射光谱、X-Ray形貌、X射线双晶摇摆曲线对碲锌镉晶体的性能进行了研究。     

K元素对CdS晶体光学及电学性能的影响

采用物理气相输运(PVT)法生长了直径为50 mm的K掺杂CdS晶体,对掺杂和未掺杂的CdS晶片进行显微观察、二次离子质谱(SIMS)成分分析、红外光谱透过率以及霍尔效应测试,研究了K元素掺杂对CdS晶体光学及电学性能的影响.生长时用KCl进行掺杂.显微观察显示,掺杂KCl后CdS晶体的微观形貌没有明显变化;SIMS成分测试表明,晶体中引入的杂质主要是K元素,而Cl元素未掺入晶体中.红外光谱透过率发现掺杂K元素的CdS晶体相比于未掺杂晶体,不仅在波长为2.5～ 10 μm内红外透过率显著下降,而且在波长为10μm以上时红外透过率甚至低于15％.另外,K元素掺杂CdS晶体电学性能也发生变化,晶体迁移率也由未掺杂的318 cm2/ (V·s)下降为146 cm2/ (V·s).     

化学气相传输法生长ZnO单晶

利用化学气相传输法生长了ZnO单晶.通过控制源区和生长端的温度梯度,使用碳辅助增强质量传输效应,在无籽晶自发成核的条件下,得到了晶粒尺寸达5mm×8mm的ZnO晶体.利用长有GaN层的蓝宝石晶片作为籽晶,得到了直径32mm、厚4mm左右的ZnO单晶体.用光致发光谱和X射线双晶衍射研究了ZnO晶体的性质并对生长的热力学过程和现象进行了分析.     

化学气相传输法生长ZnO单晶

利用化学气相传输法生长了ZnO单晶.通过控制源区和生长端的温度梯度,使用碳辅助增强质量传输效应,在无籽晶自发成核的条件下,得到了晶粒尺寸达5mm×8mm的ZnO晶体.利用长有GaN层的蓝宝石晶片作为籽晶,得到了直径32mm、厚4mm左右的ZnO单晶体.用光致发光谱和X射线双晶衍射研究了ZnO晶体的性质并对生长的热力学过程和现象进行了分析.     

液封Czochralski技术生长的InP单晶中位错产生和传播的X射线形貌观察

用x射线衍射形貌研究了液封直拉(LEC)技术在[111]方向生长的InP单晶中位错的产生和传播。首先,确定了由籽晶向生长晶体传播的位错的类型,并描述了采用缩颈过程的影响。柏格斯矢量的确定表明,位错是固着型的,柏格斯矢量平行于<(?)>方向,沿<(?)>方向传播。其次描述了晶体生长期间集结于晶体表面的位错传播。观察了位错的滑动传播,滑动是在三个向下倾斜的{111}滑移面上,它与[(?)]生长方向倾斜。对LEC生长晶体中高位错密度的有关机理进行了讨论。     

生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射(XRD)技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性.原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力,导致晶格产生很大的畸变,表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀,甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等.通过降低晶体生长过程的温度梯度,降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性.利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力.对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

太空熔体生长砷化镓单晶

本文介绍利用一种将单晶锭条两端固定,中间可以重熔以建立悬浮熔区的反应容器,在回地卫星的微重力环境下用45分钟从熔区两端相向生长出中部直径为1cm,长度分别为10mm和7mm的两块火炬头状砷化镓单晶.对地面生长和空间生长7mm长单晶用KOH溶液为电解液的阳极腐蚀法显示,结果表明:在地面生长的籽晶部位观察到了由重力驱动对流引起温度涨落而造成的密排杂质条纹,在与籽晶相邻接的空间生长单晶部位未观察到这种类型的杂质条纹.同时观察到太空生长单晶边缘附近存在杂质条纹以及在太空单晶末端附近边缘出现胞状结构,它们可能是因降温速率快过冷所致.经熔融KOH腐蚀显示,在地面单晶和10mm长空间单晶交界面出现密排位错,靠近交界面的太空生长单晶位错密度较低,随着晶体生长位错密度逐渐增高,太空生长单晶边缘附近位错密度高于中心区域.     

生长条件及退火处理对磷化铟单晶结构完整性的影响

利用X射线双晶衍射(XRD)技术研究了原生及退火处理后的磷化铟单晶的晶格完整性.原生磷化铟单晶中由于存在着大量的位错和高的残留热应力,导致晶格产生很大的畸变,表现为XRD半峰宽的值较高并且分布不均匀,甚至有些原生的磷化铟单晶片出现XRD双峰等.通过降低晶体生长过程的温度梯度,降低位错密度并减小晶体中的残留热应力可以提高晶体的完整性.利用高温退火处理也可有效地降低磷化铟晶体中的残留热应力.对磷化铟晶体生长过程中熔体的配比、掺杂浓度等条件对结构完整性的影响进行了分析.     

应用于THz辐射的ZnTe单晶生长及测试

利用Te溶剂方法生长出ZnTe单晶.经X射线衍射测试,发现晶锭中存在沿(110)晶向生长的大晶粒,可以切出10mm×10mm的单晶片.傅里叶红外变换光谱仪测得ZnTe晶体在2.5～20μm波段的红外透过率约为61%.通过测可见-红外波段的透射光谱,得出禁带宽度为2.24eV.利用飞秒激光作用在一块ZnTe单晶同时产生-探测THz脉冲,观察到0.18ps的THz辐射场分布,相应的频谱分布为5THz.     

应用于THz辐射的ZnTe单晶生长及测试

利用Te溶剂方法生长出ZnTe单晶.经X射线衍射测试,发现晶锭中存在沿(110)晶向生长的大晶粒,可以切出10mm×10mm的单晶片.傅里叶红外变换光谱仪测得ZnTe晶体在2.5～20μm波段的红外透过率约为61%.通过测可见-红外波段的透射光谱,得出禁带宽度为2.24eV.利用飞秒激光作用在一块ZnTe单晶同时产生-探测THz脉冲,观察到0.18ps的THz辐射场分布,相应的频谱分布为5THz.     

用VGF法生长6英寸锗单晶中籽晶熔接工艺研究

采用垂直梯度凝固(VGF)法生长单晶时,其温度梯度较低,生长速率较小,目前已成为生长大直径、低位错密度晶体的主流技术之一.在VGF法生长单晶的过程中,籽晶的熔接工艺直接影响着单晶生长的成败.研究了拉速器速度、保温时间及石英棉用量对6英寸(1英寸=2.54 cm)锗单晶VGF生长中籽晶熔接的影响,并确定了最佳的籽晶熔接工艺.研究结果发现,当拉速器速度为3～4 mm/h、保温时间为75～100 min、石英棉用量为15～20 9时,实现了对籽晶熔接工艺的精准控制,熔接长度为12～22 mm,位错密度小于500 cm-2,有效地降低了生产成本,提高了生产效率和单晶率.     

分光晶体RAP的研制及其性能

我们研制了X—射线分光晶体RAP(邻苯二甲酸氢铷)。它具有优良的衍射性能(比KAP强两倍),稳定的物理、化学性质、良好的机械品质、易解理,在使用条件下抗拉伸、弯曲,不易损坏(TAP则较易破裂),无毒。因此应用甚广。我们测定了RAP在水中的溶解度曲线,研究了杂质、溶液PH值对晶体生长的影响,并对晶种、降温速率、籽晶取向、晶杆的附着效应进行比较。通过上述实验,弄清了RAP晶体具有溶解度随温度线性变化、亚稳区宽的优点,找到了生长优质大单晶的适宜条件,用水溶液降温法成功地研制出无色透明的RAP晶体(见图1),晶体尺寸:90×73×35mm,重295g。生长的晶体易于加工,解理面平整光洁,机械性能好,可加工成各种规格的晶片,装配各类电子探针仪和X—射线荧光谱仪。     

新型长波红外非线性晶体PbIn6Te10的生长

新型长波红外非线性晶体PbIn6Te10具有透光波段宽(1.3~31μm)、非线性系数大(d11=51 pm/V),双折射适宜(~0.05)等优点,在14~25μm乃至25μm以上波段具有较大应用潜力。文中通过相图分析结合具体实验,筛选出较合适的组分配比,并采用高温单温区法合成多晶,布里奇曼法生长出尺寸φ11 mm×55 mm的单晶棒。对生长的PbIn6Te10晶体进行X射线衍射、摇摆曲线、透过率等测试,结果表明,晶体为三方结构,晶格常格为a=b=1.496 1 nm,c=1.825 7 nm,生长出的单晶结晶性较好,半高宽(FHWM)约0.253°,2.5~25μm波段晶体的平均透过率在50%以上,对应收系数处于0.3~0.6 cm-1之间。     

KPrP_4O_(12)晶体的研究

本文采用蒸发溶液法首次生长出KPrP_4O_(12)晶体。研究了晶体生长的条件和得到了较好的晶体。化学组成和X射线衍射分析证明,所得晶体是KPrP_4O_(12)。它能够形成两种结构类型。测定了它们的红外光谱、吸收光谱和荧光光谱。该晶体将可能成为一种新的激光晶体。     

Cd气氛退火对CdZnTe晶片质量影响

在CdZnTe晶体生长时,有时会产生大颗粒的沉积相,严重的影响了CdZnTe晶片的质量,通过电子探针测试证明其为Cd沉积相.采用Cd气氛退火来消除Cd沉积相,可以改善CdZnTe晶片的质量.实验发现:在较高的温度(600℃)条件下,退火可以有效的消除大颗粒(＞5 (m)的Cd沉积相,改善CdZnTe晶片红外透过率、X射线双晶回摆曲线半峰宽(FWHM)和腐蚀坑密度(EPD).在此条件下对CdZnTe晶片进行退火,有助于提高CdZnTe晶片的性能.     

真空高阻区熔Si单晶中的微缺陷及其少子寿命

通过在Ar气氛及真空环境中进行的高阻区熔Si单晶生长实验,分析了晶体直径、晶体生长环境及晶体生长速率对晶体中微缺陷及少子寿命的影响及产生这种影响的原因.单晶生长实验表明,与在Ar气氛下的单晶生长相比,在真空环境下采用较低的晶体生长速率即可生长出无漩涡缺陷的单晶,而当晶体生长速度较高时,尽管可以消除漩涡,但单晶的少子寿命却有明显的下降.