喷雾热解法生长N掺杂ZnO薄膜机理分析

通过超声喷雾热解工艺,以醋酸锌和醋酸铵的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100) 衬底上制备了N掺杂ZnO薄膜,采用热质联用分析(TG—DSC—MS)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和霍耳效应(Hall-effect)测试等手段研究了喷雾热解工艺下N掺杂ZnO薄膜的生长机理、晶体结构和电学性能.结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能.在优化的衬底温度下,实现了ZnO薄膜的p型掺杂,得到的p型ZnO薄膜具有优异的电学性能,载流子浓度为3.21×10¹⁸cm^-3,霍耳迁移率为110cm²·V^-1s^-1,电阻率为1.76×10^-2Ω·cm.     

重力对流效应与晶体生长

本文应用高温实时观察法显示了二种对流状态：扩散一平流状态和扩散-重力对流状态,并测出它们的特征扩散长度为0.01～0.1cm．通过晶体旋转生长,计算了质量、热量和动量变换区厚度,数值分别为7．5×10^-3Cm;86×10^－2cm和44×10^－1.     

ZnSe单晶CVT法生长与系统优化

采用热力学数值计算的方法, 分析了ZnSe-I₂、H₂、HCl和NH₄Cl化学气相输运系统的特性. 对比计算结果表明, ZnSe-NH₄Cl系统具有压力高、输运反应焓变适中的特点. NH₃分解产生的H₂起着调节输运组分H₂Se分压的作用. 以ZnSe-I₂输运系统中实际输运组分分压值为参考, 确定了ZnSe-NH₄Cl系统中单晶生长工艺参数范围: 温度在1000℃左右, NH₄Cl的浓度范围在0.5~1.0mg/mL之内. 采用该工艺生长了尺寸约为8mm×6mm×4mm的ZnSe单晶, 生长态(111)面摇摆曲线半峰宽为60.48’’, 蚀坑密度(EPD)为(4.5~5.0)×10⁴/cm².     

非极性GaN用r面蓝宝石衬底

采用温梯法生长了非极性GaN外延衬底r(0112)面蓝宝石, 使用化学机械抛光加工衬底表面, 对衬底的结晶质量、光学性能和加工质量进行了研究. 结果显示r面蓝宝石衬底基本性能参数如下：平均半峰宽值为19.4arcsec; 位错密度为5.6×10³cm^-2, 波长大于300nm时的平均透过率大于80％; 光学均匀性Δn=6.6×10^-5; 平均表面粗糙度为0.49nm. 结果表明, 温梯法生长的r(0112)面蓝宝石衬底结晶质量好、位错密度低、光学性能优良、加工的表面质量高, 达到了GaN外延衬底的标准.     

温度及温度梯度对SiC单晶生长的影响

利用升华法在高温低压下生长大直径SiC单晶.通过实验发现在相同的轴向温度梯度下,SiC晶体平均生长速率随籽晶温度的升高而变大.通过减小轴向温度梯度,降低晶体生长界面的径向过饱和度分布,可以抑制多型的生长.通过优化温场的径向温度梯度,利用φ50mm的籽晶进行生长,得到了φ57mm的SiC单晶,实现了晶体的扩径生长.     

AlSb多晶薄膜材料的性能研究

采用共蒸法制备了新型AlSb多晶薄膜. 通过XRF、XRD、Hall测试及电导率温度关系等研究了AlSb多晶薄膜的组分、结构及性能. 分析表明,刚沉积的AlSb薄膜为非晶相,在540℃以上退火转变为AlSb相,转变的程度取决于退火的温度及Al、Sb的原子配比,其中N_Al∶N_Sb为47.2∶52.8,580℃退火后的薄膜多晶转变最为明显,结晶度较高;测试结果表明,退火后的AlSb薄膜为p型间接带隙半导体,载流子浓度为10¹⁹cm^-1,吸收系数为10⁴,而且在升降温阶段电导率发生不可逆变化. 这种薄膜用于TCO/CdS/AlSb结构的太阳电池器件中已经得到200mV左右的开路电压.     

Y3+:PbWO4晶体低剂量辐照行为研究

三价稀土离子(Ｌａ^３＋、Ｌｕ^３＋和Ｙ^３＋等)掺杂显著地提高了钨酸铅晶体的辐照硬度,但是部分Ｙ^３＋掺杂钨酸铅晶体表现出特殊的低剂量辐照行为,即光产额辐照后升高,并且辐照硬度对退火温度较敏感 本研究挑选了存在这一现象的Ｙ^３＋:ＰｂＷＯ_４晶体,测试不同温度的退火处理对晶体透过率、光产额和辐照硬度的关系,发现:辐照后光产额升高的现象同时存在于晶体的晶种端,而不是只集中在晶体顶端,并且和辐照前后晶体在４００~５００ｕｍ波段附近的透过率变化有关;生长态Ｙ^３＋:ＰＷＯ晶体中导致４３０ｕｍ吸收带的色心的稳定性很低,低剂量辐照对该色心有“漂白”作用,辐照剂量率加大则晶体表现出光产额的降低;分段晶体的系列退火实验解释了辐照硬度对退火温度较为敏感这一现象,为进一步深入研究提供了实验基础．     

新型固体润滑剂──氟化石墨的制备与性能的研究

通过电解熔盐KF·ZHF制取氟气,再将氟气与石墨在500℃时进行反应,从而制备了氟化石墨新材料．其密度值为2．53g／cm³、电阻率为3.1×10³Ω·cm,颜色为灰白色,在波数1219、1350cm^－1附近有F-C共价键红外光谱吸收峰．对氟化石墨、石墨、二硫化钼进行摩擦因数测试,结果表明：氟化石墨摩擦因数最小．还讨论了氟化石墨的一些特殊性能和工艺条件．     

Mn-Mg共掺杂对钛酸锶钡薄膜介电性能的影响

用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO ₂/Si衬底上制备了系列Mn-Mg共掺杂的钛酸锶钡(Ba _0.25 Sr _0.75 TiO ₃)薄膜. X射线衍射以及场发射扫描电镜分析表明: 薄膜为钙钛矿结构且无杂相生成, 薄膜表面晶粒均匀、无裂纹. 测试了不同浓度掺杂薄膜的介电性能, 掺杂浓度为1mol% 时, 薄膜的介电常数、损耗、可调性和漏电流密度分别为200、0.010、38%、1×10^-5 A/cm ². 性能改善后的薄膜材料可以用来制作微波可调器件.     

不同掺杂对Ba3Y(BO3)3晶体的生长和相变的影响

结合X射线粉末衍射和差示扫描量热法,系统研究了不同格位上的掺杂对Ba₃Y(BO₃)₃晶体的生长和相变的影响. 研究发现,相同掺杂浓度10at%时,掺Nd³⁺的α-Ba₃Y(BO₃)₃晶体的相变温度（1099.6℃）比掺Yb³⁺的晶体的相变温度（1145.3℃）低;且随着掺Nd³⁺浓度的降低,晶体的相变温度升高,晶体在降温过程中更容易发生相变. 在晶体中掺入Sr²⁺离子,可以有效提高Yb³⁺∶α-Ba₃Y(BO₃)₃晶体的稳定性. 随着Sr²⁺掺入浓度的增加,晶体的熔点升高,相变温度降低. 当Sr²⁺掺杂浓度为16at%时,晶体的相变峰消失;当Sr²⁺掺杂浓度分别为5at%、10at%时,晶体仍然发生相变.     

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。     

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。     

分凝对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3单晶的成分及介电、压电性能的影响

研究了用改进的Bridgman法生长的PMNT62／38单晶在其生长过程中的分凝现象，研究了分凝导致的成分不均匀及其对介电和压电性能的影响。XRFA分析表明，PMNT62／38单晶底部的PbTiO3(PT)含量为x=35.2mol%，而顶部的PT含量为43mol%。底部晶体（001），（110）和（111）三种切型的晶片加电场极化后，其介电和压电性能出现了异常的现象。（110）切型的压电模量最大，为1200pC/N；（111）次之，为789pC/N；（001）最低，为371pC/N。极化后的（110）和（111）晶片在室温、1kHz频率下的相对介电常数（两种切型的εr都在10000左右），约为（001）晶片（εr-5000)的1倍，并且介电常数在低温端有上升的趋势。     

ZnO晶体生长新方法研究

基于ZnO-PbF₂高温溶液体系的相关系和析晶行为, 发展了一种通气诱导成核的助熔剂-坩埚下降法生长技术. 通过优化生长参数, 获得了尺寸为φ25mm×5mm的ZnO晶体. 该晶体具有纤锌矿结构, 晶格常数a=0.3252nm, b=0.5209nm. X射线定向确认其择优取向生长方向为[0001]. 实验结果表明, 助熔剂-坩埚下降法是ZnO晶体生长的一条新途径.     

Epitaxial Growth of 6 in. Single‐Crystalline Graphene on a Cu/Ni (111) Film at 750 °C via Chemical Vapor Deposition

The future electronic application of graphene highly relies on the production of large‐area high‐quality single‐crystal graphene. However, the growth of single‐crystal graphene on different substrates via either single nucleation or seamless stitching is carried out at a temperature of 1000 °C or higher. The usage of this high temperature generates a variety of problems, including complexity of operation, higher contamination, metal evaporation, and wrinkles owing to the mismatch of thermal expansion coefficients between the substrate and graphene. Here, a new approach for the fabrication of ultraflat single‐crystal graphene using Cu/Ni (111)/sapphire wafers at lower temperature is reported. It is found that the temperature of epitaxial growth of graphene using Cu/Ni (111) can be reduced to 750 °C, much lower than that of earlier reports on catalytic surfaces. Devices made of graphene grown at 750 °C have a carrier mobility up to ≈9700 cm² V^?1 s^?1 at room temperature. This work shines light on a way toward a much lower temperature growth of high‐quality graphene in single crystallinity, which could benefit future electronic applications.     

分凝对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3单晶的成分及介电、压电性能的影响

研究了用改进的Bridgman法生长的PMNT62/38单晶在其生长过程中的分凝现象,研究了分凝导致的成分不均匀及其对介电和压电性能的影响.XRFA分析表明,PMNT62/38单晶底部的PbTiO3(PT)含量为x=35.2mol％,而顶部的PT含量为43mol％.底部晶体(001),(110)和(111)三种切型的晶片加电场极化后,其介电和压电性能出现了异常的现象.(110)切型的压电模量最大,为1200pC/N;(111)次之,为789pC/N;(001)最低,为371pC/N.极化后的(110)和(111)晶片在室温、1kHz频率下的相对介电常数(两种切型的εr都在10000左右),约为(001)晶片(ε_r-5000)的1倍,并且介电常数在低温端有上升的趋势.     

C_(60)单晶生长的优化研究

用晶体生长动力学考察了籽晶法气相生长C60单晶体的生长工艺，得出关键在于处理成核与长大两个因素之间的矛盾。对管状炉的温度场进行了重新设计，将冷端的最低温度点移至合适部位，有效地控制了成核的数目。通过不断地优化实验，经选出恰当的冷、热端温度及生长周期，生长出的C6。单晶的最大钱度超过6mm，且有较高的结晶品质。同一单晶的劳厄像显示出C60的生长暴露面有（111）和（100）两种。     

ZnSe体单晶生长技术

简述了ZnSe体单晶熔体生长，气相生长、溶液生长和固相再结晶技术以及ZnSe的基本理化性质，分析并认为这些基本理化性质对Znse单晶生长过程控制存在不同程度的影响，理解这些性质并将其应用于ZnSe晶体生长过程工艺参数的控制，对获得高质量大尺寸ZnSe单晶十分重要，分析了不同方法的工艺与相应ZnSe单晶研究现状及发展趋势。     

CZSiGe单晶的 FTIR光谱研究

利用傅立叶红外光谱(FTIR)测试技术,研究了掺锗CZSi的低温和常温红外吸收光谱。发现高浓度Ge掺入CZSi在红外吸收光谱中引起的波数为1118cm^-1、710cm^-1,和800cm^-1,的新红外吸收峰,这些峰的吸收强度随Ce含量的增加也逐渐增强;碳的红外吸收峰(607cm^-1)则向低频方向移动。同时利用X射线单晶衍射技术(SCXRD)测定了SiGe(Ge：10wt％)单晶的晶格常数,结果表明晶格常数由Si单晶的0．54305nm变为0．5446nm。     

生长工艺对生长室内温度分布影响的数值模拟

为给实验研究晶体生长工艺提供必要的理论指导,以氢气和氧气的燃烧为基础,研究了焰熔法生长金红石单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H_2和O_2流量、喷嘴尺寸对温度分布的影响.研究表明:适合金红石单晶体生长的最佳燃烧器为内O_2、中H_2和外O_2的三管结构;随着H_2流量增加,生长室轴心线上和径向温度逐渐增大,H_2流量增加2 L/min,中心最高温度平均升高160℃,位置向下移动约2.5 mm;随着内、外O_2流量增加,生长室轴心线上和径向温度逐渐降低,与内O_2的影响相比,外O_2对中心温度影响较小,而对径向温度的影响较大;随着内O_2喷嘴孔径的增加,生长室轴心线上最高温度逐渐增大,而位置逐渐向喷嘴方向移动,而外O_2和H_2喷嘴孔径对轴心线上最高温度的影响非常小.