SiC单晶生长界面形状计算机模型的建立及验证

利用多物理场耦合模拟软件研究了3英寸(1英寸=2.54 cm)碳化硅(SiC)单晶生长中感应线圈位置对单晶生长系统温度场的影响.分析了感应线圈位置变化对晶体表面径向温度、晶体内部轴向温度以及晶体生长界面形状的影响.同时分析了不同生长时期晶体的界面形状和各向温差的变化规律,建立了3英寸SiC单晶生长界面形状计算机模型,进而将计算机模拟得到的晶体界面形状与单晶生长对照实验获得晶体的界面形状相对比,验证了该模型的可靠性.以此为依据,优化了单晶生长工艺参数,获得了理想的适合3英寸SiC单晶生长的温度场,并成功获得了高质量的3英寸SiC单晶.     

大尺寸锑化铟晶体生长等径技术研究

为了获得高质量的晶体,需要解决大尺寸锑化铟晶体生长过程中的精确等径控制问题.阐述了采用提拉法生长晶体时的直径控制原理及方法,分析了影响等径控制的温度与时滞因素,并采用计算机辅助控制方法解决了大尺寸锑化铟晶体生长过程中的精确等径控制问题.生长出的3in锑化铟晶体的生长条纹不明显,位错密度小于10个/cm2.     

InSb晶体生长固液界面控制技术研究

在固液界面控制方面,对Si等成熟半导体的研究较多,而对锑化铟(InSb)材料的研究极少。对InSb晶体等径段生长过程中晶体拉速、转速和坩埚转速对固液界面形状的影响进行了模拟分析以及实际的晶体生长实验。结果表明,这三个生长参数对固液界面形状的平稳控制具有一定的效果。获得了平稳固液界面控制方法,为后续生长更低位错密度、更均匀径向电学参数分布的InSb材料打下了基础。     

用于表面波器件的LiTaO_3晶体的生长

使用廉价的Pt/Rh坩埚代替贵重的铱坩埚,用提拉法能成功地生长出大的“表面波级”单晶,直径可达2.5～3.0英寸,长4～5英寸。由于坩埚中铑杂质的原因,长出晶体的颜色是从深褐色到浅黄色。对于光吸收、Rh杂质浓度和生长情况之间的关系进行了研究和讨论,并与从铱坩埚生长晶体的情况进行了比较。为了用廉价生长的大单晶做器件,所以对晶体组分的变化,表面声波(SAW)性质的重复性和可靠性进行了检验,发现这种晶体非常适合于SAW器件的应用。     

激光辐照锑化铟红外探测器的热应力损伤研究

通过介绍锑化铟红外探测器的基本构成及其材料热力学相关特征,阐述了激光辐照锑化铟红外探测器造成的损伤机理,采用有限元分析法,分析相关的辐照环境和条件并建立了一种三维仿真模型。仿真模拟了波长为10.6 μm的CO2激光辐照锑化铟红外探测器时各部分的温度变化及应力变化情况,通过数值分析比较了在光斑面积一定的情况下经过不同功率的激光辐照后锑化铟探测器表面径向及内部轴向发生的温度场变化及应力场变化;探测器表面应力值经过106 W/cm2的激光辐照后很快达到最高点,造成损伤,锑化铟与铟柱接触部分的应力值随光斑半径大小不同而有所变化。将锑化铟探测器材料的应力损伤阈值及变化趋势同已有实验数据进行对比,验证了模型的精确性。     

非晶态锑化铟薄膜的射频磁控溅射生长及其结构和光学特性研究

在玻璃衬底上用射频磁控溅射技术进行了非晶态锑化铟(a-InSb)薄膜的低温生长.采用X射线衍射(XRD)和原子力显微(AFM)技术对所生长的薄膜进行分析研究,所生长的非晶态锑化铟薄膜表面平整,没有晶粒出现,获得了射频磁控溅射生长非晶态锑化铟薄膜的"生长窗口".采用傅立叶红外透射光谱分析技术对非晶态锑化铟薄膜进行了光学性能研究,在0.9～2.0μm范围内研究了薄膜的透射谱线,获得了薄膜的吸收系数,研究了其光学带隙和吸收边附近的3个吸收区域.     

3英寸高纯半绝缘6H-SiC单晶的研制

采用物理气相传输(PVT)工艺,成功制备出3英寸高纯半绝缘(HPSI)6H-SiC单晶。依据氮在碳化硅晶格中占碳位的规律,通过生长过程温度和压力等工艺参数的优化,减少生长前沿碳空位的数量,实现了在较高碳硅比气氛下低氮含量碳化硅单晶生长的目标。二次离子质谱(SIMS)测试给出了晶体中氮及其他杂质的控制水平,证明单晶的高纯属性;非接触电阻率Mapping(CORE-MA)和电子顺磁共振(EPR)测试进一步证实其高纯半绝缘特性。     

温度起伏对ZnO纳米晶体形貌的影响

用退火法在玻璃衬底上生长ZnO籽晶,然后将衬底置于醋酸锌和六亚甲基四胺溶液中,分别对溶液温度和物质的量浓度进行调控,生长了棒状、片状和菊花状等多种形态的纳米晶体.采用X射线衍射仪分析了纳米晶体的结构及择优生长和排列特征,用扫描电子显微镜观察了纳米晶体的形貌,研究了生长温度的起伏和溶液物质的量浓度的变化对ZnO纳米晶体形态的影响.结果表明,ZnO纳米晶体生长过程中溶液物质的量浓度的变化对纳米晶体形态的影响很小,而温度的起伏对纳米晶体的形态起到了至关重要的作用.     

等离子体增强化学气相淀积SiO_2/InSb钝化膜的研究

本文叙述了应用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)技术,对InSb光伏器件的表面进行钝化。实验中采用正交实验的方法,选择了射频功率、反应气体的流量比、衬底温度等三种工艺因素,及其三个位级的变化所引起的对锑化铟器件上淀积的二氧化硅钝化膜的物理、化     

锑化铟晶片的电学均匀性研究

锑化铟焦平面探测器是红外成像系统的重要组成部分,对红外成像的成本和性能都有重要影响。锑化铟晶片的质量及均匀性决定了探测器的性能。通过霍尔效应测试、低温探针法以及微波光电导衰退法研究了锑化铟晶片的电学性能均匀性。结果表明,所制备的锑化铟晶片的载流子浓度和电子迁移率的面分布较均匀,但低温电阻率以及少子寿命的分布呈现较小的非均匀性变化,这主要与锑化铟生长过程中的杂质分凝有关。     

高功率激光倍频过程的热效应分析

在高功率倍频过程中,非线性倍频晶体由于吸收了基波和谐波的功率,造成倍频晶体内温度的变化,破坏了晶体原来的相位匹配条件,从而导致频率变换效率降低、输出谐波功率不稳定等问题,对于高功率高重复频率激光器系统尤其严重.根据热传导方程分析了晶体内部的热分布,利用非线性晶体的折射率方程分析了非线性倍频晶体温度变化时,其相位匹配、允许参量以及光波走离角的变化情况,为实现高功率倍频激光奠定了理论基础.     

锑化铟光电探测器的远距离激光干扰研究

激光器性能(功率、波长、发散角等)、激光大气传输特性等直接影响激光对光电探测器的远距离干扰效果。测量得到锑化铟光电探测器的光谱响应曲线及饱和功率密度阈值曲线,利用MODTRAN软件分析了两种特定传输路径下大气传输透射率随激光波长的变化曲线。结合中红外波段激光器的发展现状,分析了特定激光器的大气传输透射率,计算得到了利用氟化氘激光器和光参量振荡器有效干扰锑化铟探测器所需的激光功率阈值。     

2.1 W连续绿光输出的一阶准相位匹配内腔倍频

利用周期极化化学计量比掺氧化镁LiTaO3晶体(PP-MgO∶SLT),对半导体激光器(LD)端面抽运的1064-nm-Nd∶YVO4激光器进行了一阶准相位匹配(QPM)内腔倍频(ISHG)。PP-MgO∶SLT晶体长20 mm,极化周期为7.93μm(室温下),利用外加电场极化法制作,极化沿晶体的z向进行。实验中基频光波和倍频光波均沿晶体z向偏振以利用其最大的有效非线性系数。Nd∶YVO4激光器选用三镜折叠腔结构,在半导体激光器抽运功率为11 W,晶体温度为70.4℃时,产生了最大输出功率为2.1 W的连续绿光激光,光-光转换效率为19%。同时对PP-MgO∶SLT晶体外腔单程倍频下的转换效率与晶体温度间的关系进行了理论研究。实验中测得的内腔倍频的允许温度要远大于外腔单程倍频;另外,观察到随着晶体温度的变化倍频光功率出现突然下降的现象,并给出了相应的讨论。     

约束条件下KDP晶体匹配角热敏感性分析方法

约束方式和晶体温度是影响磷酸二氢钾(KDP)晶体性能的两个主要因素。晶体在约束条件下,温度的变化使晶体产生热应力和热形变,破坏晶体原有的相位匹配条件,从而致使谐波转换效率降低。为了获得约束条件下温度与晶体匹配角的关系,建立了约束条件下晶体匹配角热敏感性的分析方法。利用有限元分析法,计算约束条件下温度变化产生的热应力和热形变分布;将热光效应、弹光效应以及热形变引入到匹配角的计算之中,获得匹配角的变化规律。以神光Ⅲ原型装置采用的晶体约束方式对该方法进行了验证。结果表明,该方法计算得到的神光Ⅲ原型装置晶体在约束条件下三倍频效率与温度的关系符合效率变化的实际规律。     

42°Y钽酸锂晶体生长及性能研究

钽酸锂晶体具有优异的压电性能,是声表面波(SAW)滤波器广泛使用的衬底材料。该文采用自主研制的提拉单晶炉,成功生长出4英寸、42°Y方向、外观完整的钽酸锂晶体。经可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率接近80%;经X线摇摆测试,其半高全峰宽(FWHM)为28.4″,单晶性较好;采用差热分析仪对生长的晶体头尾进行居里温度测试,居里温度偏差为4.4 ℃。声表面波性能测试结果表明,钽酸锂晶体的声表面波速度、机电耦合系数和频率温度系数等指标均满足SAW滤波器的使用要求。     

分子束外延InAlSb/InSb晶体的质量研究

InAlSb/InSb薄膜材料的晶体质量会直接影响器件的性能。提高薄膜材料的晶体质量可以有效降低器件的暗电流,提高探测率和均匀性等。主要报道了掺铝锑化铟分子束外延技术的初步研究结果。通过采用多种测试方法对InAlSb分子束外延膜的晶体质量进行了分析,找出了影响晶体质量的因素,提高了InAlSb分子束外延的技术水平。实验结果表明,通过优化生长温度、束流比、升降温速率以及退火工艺等生长条件,可以获得高质量的InAlSb分子束外延膜。     

单晶炉密闭式热场改造研究

在CG6000型单晶炉原350 mm(14英寸)敞开式热场上添加具有保温和导流作用的热屏装置,并改进计算机自动控制参数,解决了原敞开式热场下硅单晶拉制过程中产生扭曲变形的问题,生长出了外形完好,高质量的<111>晶向75～80 mm(3英寸和4英寸)硅单晶。同时对敞开式热场下硅单晶棒体扭曲变形的原因及热屏装置对硅单晶生长区域温度分布和温度梯度的影响进行了分析和探讨。     

锑化铟晶体空位缺陷的正电子湮灭研究

锑化铟晶体材料的电学性能是影响最终制备的红外探测器件性能的关键因素。材料内部的杂质以及点缺陷特别是空位缺陷会极大的影响材料的电学性能,有时甚至会导致材料反型。本文利用正电子湮灭谱对锑化铟晶体材料的空位缺陷类型进行了研究,同时还对不同晶体生长拉速、导电类型晶体材料的正电子湮灭寿命进行分析。结果表明其内部主要为VIn型空位缺陷,且在一定拉速范围内,正电子湮灭寿命基本无变化,此外空位缺陷也不是导致N型锑化铟晶体材料导电类型反型的主要原因。     

锑化铟(InSb)真空水平区熔法Ⅰ基本技术

研究出一种制备高纯度锑化铟晶体的新方法。全部工艺过程,包括化合物的合成和区熔的各个程序,都是在用扩散泵系统或离子泵系统抽成的真空中进行的。详细地描述了所用的设备以及区熔提纯的程序,重点是如何尽量减少可能的沾污。能很容易得到 n 型锑化铟晶体,其载流子浓度为 10~(13)～10~(14)/cm~3;在77K 时,其最大迁移率为8×10~5cm~2/伏·秒。     

Ti掩膜图形层对外延生长GaN薄膜晶体质量的影响

采用氢化物气相外延(HVPE)方法在2英寸(1英寸=2.54 cm)c面蓝宝石衬底上外延生长了高质量GaN单晶薄膜.在GaN生长过程中引入点状和条状两种金属Ti掩膜图形层,研究了不同Ti掩膜图形层对外延生长GaN薄膜晶体质量的影响.使用微分干涉相差显微镜(DICM)、扫描电子显微镜(SEM)、阴极荧光光谱(CL)、喇曼光谱和X射线衍射(XRD)对制备的GaN样品结构和形貌进行了表征分析.实验结果表明,Ti掩膜图形层的引入可以在一定程度上改善GaN薄膜的表面形貌,缓解材料中的应力,降低GaN材料中的位错密度,提高材料的结晶质量.同时发现,相比于点状图形,条状Ti图形掩膜层可以更加有效地改善GaN材料的晶体质量,将位错密度降低到3.2×106 cm-2以下.