用热壁CVD法在SiC衬底上生长SiCGe合金的热场分析与设计

采用有限元法,对热壁CVD法SiCGe合金生长炉中加热组件的感应加热和温度分布进行了研究.分析了感应线圈匝数和石墨衬托的厚度对磁矢势和温度分布的影响,获取了感应线圈数越多感应生成焦耳热越大且越均匀的结论,得出了随石墨厚度的增加升温速率而增加,相反轴向温度均匀性而变差的设计准则.模拟结果表明选取16匝线圈和10mm左右的石墨壁厚为优化的设计参数.     

PLD制备的籽晶层对ZnO纳米棒形貌及性能的影响

本文研究了脉冲激光沉积法(PLD)制备的不同籽晶层对水热生长ZnO纳米棒的形貌及发光性能的影响,通过比较得出,籽晶层是获得高度取向,排列有序的ZnO纳米棒的基础.电子回旋共振(ECR)氧等离子体参与沉积,有利于获得表面均匀且光滑平整的籽晶层,进而得到形貌及结晶质量较好的ZnO纳米棒.籽晶层的厚度不仅能够改变纳米棒的疏密程度,而且还能够改善纳米棒的取向性.通过调节籽晶层的退火温度可以调节纳米棒直径的大小,恰当的籽晶层退火温度也是获得形貌优良的ZnO纳米棒的一个关键因素.     

用升华法生长SiC晶体的一种新颖的坩埚设计

本文提出一个用PVT法生长SiC晶体的坩埚的新颖设计.分析了生长腔中有无锥形档板对腔内及籽晶温度场的影响;比较了档板取不同厚度时SiC粉源升华面和籽晶表面的温度分布.得出了在腔内增设档板后晶体生长面的温度更趋均匀的结论;获取了随着档板厚度的增加,腔内的轴向温度梯度随之增加,但同时晶体生长面的温度也会降低的设计原则.根据计算结果,选取档板厚度等于2mm为优化参数.     

泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析

泡生法蓝宝石晶体炉内保温屏是炉内温场的重要部件,并对晶体生长有重要影响.本文对不同的保温屏材料的影响进行了计算分析.通过分析加热功率、晶体温度分布、固液界面形状,比较钨钼、石墨、氧化锆三种材料的保温屏的保温性能和对晶体生长的影响,结果表明:氧化锆保温性能优于钨钼保温屏,而石墨保温性能最差.选用钨钼保温屏和氧化锆保温屏晶体温度分布较为接近,且高于选用石墨保温屏时的温度分布.石墨保温屏对应的固液界面形状最大,钨钼屏其次,而氧化锆材料时形状最平缓.     

准单晶硅铸锭过程中加热功率及硅料堆积孔隙率对籽晶熔化的影响

本文在考虑硅料的堆积孔隙率和熔化变形等因素的基础上,建立了基于多孔介质的堆积硅料简化模型,对光伏太阳能用准单晶硅铸锭系统的硅料熔化过程进行了数值模拟,研究了不同侧/顶加热器功率比、堆积孔隙率以及加热器总功率对籽晶熔化的影响。研究结果表明:硅料的熔化时间和籽晶的熔化比例取决于侧/顶加热器功率比,降低侧/顶加热器功率比和堆积孔隙率有助于籽晶的有效保留,但会导致籽晶的熔化界面形状发生变化,使杂质在籽晶熔化界面形状为“凹”的区域内聚集,进而影响后续晶体生长的质量;当加热器的总功率低于临界值之后,籽晶的熔化界面形状会在靠近坩埚壁面的边缘区域发生变化,导致不均匀成核的发生,不利于准单晶硅铸锭的生产。在实际工况条件下,可以根据由侧/顶加热器功率比、堆积孔隙率、加热器总功率、籽晶的熔化比例和状态绘制的等值线图对工艺参数进行合理配置。     

籽晶辅助化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒阵列

采用籽晶辅助化学水浴沉积法,即先用磁控溅射法在硅片上制备c轴取向的ZnO薄膜,以此作为籽晶层,利用化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD),研究了ZnO薄膜籽晶层的沉积温度、水浴温度和前驱体溶液中Zn源的初始浓度等对ZnO纳米棒阵列生长的影响,由此得到了结晶性好且几乎垂直于衬底方向的ZnO纳米棒阵列的生长条件,为制备基于ZnO纳米棒阵列的器件提供了条件.     

真空退火温度对掺铬类石墨镀层微观组织结构的影响

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备于单晶硅基体上制备了掺铬类石墨镀层,并利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对真空退火处理前、后掺铬类石墨镀层的物相和微观组织结构演变规律进行了详细分析.研究结果表明:当真空退火温度达到500℃以上时,在掺铬类石墨镀层的C/Cr工作层中会相继出现Cr3C2、Cr23C6甚至微晶石墨等晶体;在掺铬类石墨镀层的真空退火过程中,Cr3C2碳化物相较Cr23C6碳化物相更容易于Cr原子弥散掺杂的非晶石墨层中析出,且Cr3C2碳化物相倾向于在C/Cr工作层中Cr原子浓度大的区域析出;Cr3C2和Cr23C6等碳化物相的析出对Cr原子浓度的依赖性逐渐减弱.     

大尺寸HVPE反应器托盘温度的数值模拟研究

对大尺寸氢化物气相外延(HVPE)反应器的流场和温场进行二维数值模拟研究,旨在提高托盘表面温度和温度分布均匀性.基准模拟显示,靠近喷头的加热器对托盘温度的影响大于底部加热器,随着加热器功率增大,温度分布均匀性变差.在基准模拟的基础上,提出在反应器底部设置隔热钼屏的托盘升温方法.优化后的模拟显示,托盘温度升高约48 K,而温度均匀性变化不大.在使用4层钼屏的基础上,通过在石墨托盘内部开圆柱槽,显著提高了托盘温度分布均匀性,并使温度进一步提升约5K.     

Ar气保护固相合成花状二硫化钼工艺研究

以三氧化钼和硫为原料,采用Ar气保护固相合成法,合成花状二硫化钼。采用XRD、SEM、TEM等手段对样品的结构和形貌进行表征。考察了原料比、反应温度、反应时间、升温速率对样品纯度的影响,制备出纯度较高的二硫化钼。结果表明:当MoO₃与S物质的量之比为1∶7.5,反应温度为450 ℃,反应时间为4 h,升温速率为15 ℃/min,可得到纯度为99.4%的花状二硫化钼,该花状结构由厚度为10 nm左右的翘曲片层组成,TEM照片中可见0.62 nm单层二硫化钼结构,具有较大的比表面积,使其在储能、催化等领域有广阔的应用前景。     

加热功率波动对SAPMAC法生长蓝宝石晶体的影响

本文根据温度波在熔体介质中的传播理论,结合SAPMAC法蓝宝石晶体生长工艺特点,研究了由加热功率波动引起的温度波动对晶体生长的影响.研究表明由于氧化铝高温熔体具有较大的热扩散系数,温度波较容易传到固液界面引起界面温度起伏;界面的温度起伏会使晶体内产生气泡、空腔等缺陷.根据温度波的频率、幅值对氧化铝熔体的传递深度、衰减规律的关系,提出了提高系统热惯性、增加界面熔体包裹层厚度等抑制措施.     

不同籽晶对多晶硅晶体生长的影响

通过在坩埚底部铺设籽晶来控制形核的同步性,获得均一等大的硅晶粒,实验采用铺设硅粉、颗粒料、碎硅片三种籽晶来诱导硅晶体生长,结果表明硅粉籽晶生长硅晶体晶粒均匀性最好.采用硅粉籽晶所生产硅锭效率比碎硅片籽晶高0.3;.     

不同表面活性剂对合成介孔氧化镁晶体性质的影响

采用液相法,以Mg(NO3)2·6H2O为镁源,NH3·H2O为沉淀剂,研究了不同表面活性剂对介孔MgO晶体性质的影响.采用XRD、FT-IR、SEM、BET和CO2-TPD等手段对介孔MgO晶相组成、骨架结构、微观形貌、孔结构及表面化学性质进行了分析表征.研究结果表明,不同表面活性剂对介孔MgO晶体物化性质影响较大.以非离子型PEG-2000为表面活性剂制得产品表面碱强度和碱总量均大于以阴离子型SDS、阳离子型CTAB制得的产品.以非离子型PEG-2000为表面活性剂制备得到的介孔MgO同时具有弱碱、中强碱特征,碱总量为0.192 mmol·g-1,比表面积、孔容和平均孔径分别为145.42 m2·g-1、0.67 cm3·g-1和18.56 nm.     

KDP晶体快速生长溶液的稳定性研究

本文研究了搅拌,过滤,过热和添加剂对KDP晶体快速生长溶液的稳定性的影响并分析了其影响机理.结果表明,利用0.2μm的滤膜对溶液过滤,在饱和点以上20℃时对溶液过热20h,或在溶液中添加某些特定的添加剂均可有效提高KDP晶体快速生长溶液的稳定性.通过对生长溶液进行综合的前处理,利用“点籽晶”快速生长技术实现了KDP晶体的快速生长,生长速度达20 mm/d,生长尺寸达5 cm量级.     

有机非线性光学晶体DAST的生长、形貌及透过光谱

采用自发结晶法和籽晶法制备了4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)晶体,所得晶体尺寸为10 mm×10mm 1～2 mm.研究了不同生长位置对生长习性和晶体形貌的影响,在溶液中部或顶部生长时DAST晶体倾向于沿a轴方向生长,晶体呈片状;在溶液底部时DAST晶体c轴方向生长加快,晶体呈块状.测试了DAST晶体(001)面X射线衍射摇摆曲线,对比分析了不同生长方法对晶体质量的影响.另外,对所制备的DAST晶体的透过光谱及吸收系数进行了研究.     

结晶生长的化学键合理论

针对一般晶体的生长过程,在测定相应溶液(熔体)组成结构的基础上,我们引入了晶体生长过渡相区的概念,并采用键价模型来衡量生长过程中发生变化的化学键的键强度。过饱和溶液(熔体)中的生长单元经过生长过渡相区时,依据彼此之间弱的化学键合作用来微调其内部强的化学键,并以单个生长单元或者生长单元的简单连接体的形式键合进入晶格。在整个结晶生长过程中,生长单元之间弱的键合作用对整个结晶过程(生长速度、晶相的形成)起着决定性作用;同时,中等强度的化学键在生长过渡相区中的变化情况对晶体的最终形貌具有重要影响。     

Crystal structure of lithium magnesium phosphate,LiMgPO4: Crystal chemistry of the olivine-type compounds

LiM_gPO₄ is orthorhombic, space groupPnma,a=10.147(2),b=5.909(2),c=4.692(2)×10^–10 m,D _m =3000(8),D _x =2980 kg m^–3,Z=4,R=4.8% for 1262 observed reflections. The structure contains tetrahedral PO₄ and octahedral LiO₆ and MgO₆ groups. It belongs to the ordered olivine-type structures, since the inversion site is occupied by Li⁺ ions and the mirror site is taken by Mg²⁺ ions. The distortion of polyhedra is caused mainly by the adjustment stresses between the different polyhedral dimensions and by the sharing of edges. Octahedral LiO₆ share six and MgO₆ share three common edges. The sharing of the O-O edges contributes to the stability of the bridging arrangements. The corresponding average distances of the O-O bridges are 2.432, 2.479, 2.883, and 3.028×10^–10 m, while the average O-O distances in the PO₄, MgO₆, and LiO₄ polyhedra are 2.512,2.921, and 3.015 × 10^–10 m, close to the ideal values 2.531, 2.970, and 3.026×10^–10 m respectively. The structure field of the olivine-type compounds plotted as a function of ionic radii in radius space is specified in relation to the-K₂SO₄, spinel, and K₄NiF₄ type structures. From the overlap of the structure fields, the high-pressure transformations of the olivine compounds are considered.     

绿柱石晶体的水热法生长及特征研究

采用温差水热法,以分析纯的Al(OH)3和BeO以及无色纯净的石英为原材料,球形和//s(1121)的片状无色绿柱石为籽晶,在复杂的盐酸混合溶液中生长了无色透明的绿柱石晶体.利用双圈反射测角仪、电子探针、X射线衍射仪和红外光谱仪等仪器,对合成绿柱石晶体的形态、成分及晶体结构进行了详细的研究.结果表明,合成的绿柱石晶体为六方短柱状,主要发育平行双面c{0001}、六方柱m{1010}、a{1120}和六方双锥p{1011}四种单形.合成的绿柱石晶体的成分中(Na2O+ K2O)的质量分数约为0.59;,且c0/a0值为0.9988,可归属于"正常"绿柱石向"四面体"绿柱石的过渡范畴.在中性或弱碱性环境体系中,通过调整绿柱石中各成分的百分含量,有望在更低的温度、压力条件下合成出高质量的板柱状绿柱石晶体.     

晶体对热辐射的吸收对晶体生长的影响

本文综述了晶体对熔体热辐射吸收对晶体生长的影响,包括对热腔热耗散的影响;对晶体生长温度时间特性的影响;对液流形态和固液界面形状的影响;对晶体界面反转的影响;对晶体中温度分布和应力分布的影响.     

Fiber Crystal Growth From the Melt

The literature on melt growth of single crystalline fibers is reviewed. The paper introduces in the characteristic features and wide field of advanced applications of micro single crystals in elongated form having a small diameter in the region mykrometer-millimeter. A brief historical survey is given. After that typical melt growth methods for production of fiber crystals are shown - micro zone floating (i.e. LHPG) and pulling from a die (i.e. Stepanow, EFG and micro pulling down techniques). Some selected fundamentals of the fiber growth process are described in detail, like mass and heat balance, capillary stability and segregation behaviour. In the centre of interest is the discussion of growth and analytical results obtained for various materials - oxides, mainly suitable for wave guides, lasers and nonlinear optics (sapphire, YAG, KRS-5, BBO, LiNbO₃ and further niobates etc.), eutectics for composites, semiconductors for fundamental studies, and metals for high-speed filament production. Special measures for fiber cladding, in-situ core doping and periodically ferroelectric domain adjustment are included. For the sake of completeness a look at the modern branch of polycrystalline and amorphous alloy fiber spinning and melt extrusion is taken too. In conclusion, the special suitability of fiber crystal growth for fundamental research is demonstrated.