室温半导体核辐射探测器新材料及其器件研究

本文论述了室温半导体核辐射探测器新材料及其探测器的研究发展过程和最新动态,分别介绍了几种主要室温半导体核辐射探测器新材料晶体的组成、结构、性能及其探测器的制备技术,主要应用情况.结果表明:HgI2、CdZnTe和CdSe单晶体是性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料,用其制作的探测器,可在室温下广泛用于环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和高能物理等领域.因此,近年来对大尺寸高质量HgI2、CdZnTe和CdSe单晶体及其室温核辐射探测器的研究,已成为高技术新材料领域的前沿研究课题.     

核辐射探测单晶生长方法研究进展

核辐射探测是指用各种核辐射探测器来得到核辐射信息的过程,在军用、民用和科研等领域具有广泛的应用。作为核辐射探测核心的核辐射探测器,主要分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。相比于气体探测器,闪烁体探测器和半导体探测器都需要晶体作为核心材料,晶体质量的品质在很大程度上决定了探测器性能的上限。为了获得性能更好的探测器,人们对探测器用单晶材料的生长方法进行了大量的研究。本文综述了近几年核辐射探测单晶生长方法研究的最新进展,总结了目前主流的晶体生长方法,包括溶液法、熔体法、气相法等,并对不同晶体的主要生长方法进行了归纳。     

室温核辐射探测器用碲锌镉晶体生长研究进展

碲锌镉(CdZnTe,CZT)晶体被认为是目前最有前途的室温半导体探测器材料之一,基于该晶体的探测器件具有能量分辨率高、体积小、便携等优点.而大面积CZT像素探测器的快速发展以及对高能、大剂量X射线探测的需求,对CZT材料的质量和尺寸提出了更高的要求.本文从CZT晶体的基本物性参数入手,探讨了大尺寸CZT晶体生长的影响因素,对两种主要的CZT生长方法——布里奇曼法和移动加热器法的研究进展进行了综述.     

采用低温PL谱研究探测器级CdZnTe晶体

采用低温光致发光谱技术研究了核辐射探测器用高阻CdZnTe晶体。发现PL谱中的三个特征峰均与晶体质量有关,其中(D0,X)峰FWHM值和I DAP/I(D0,X)与晶格完整性和浅能级缺陷密度有关联,D2峰则与位错密度密切相关。采用双晶X射线摇摆曲线和位错腐蚀坑密度对此表征进行了验证。低温PL谱测试结果显示晶体质量较高的CdZnTe晶片,其探测器的能谱分辨率也相对较高。     

工业应用氧化物闪烁晶体的下降法生长

闪烁晶体广泛应用于高能物理、核医学成像和辐射探测等领域.工业应用通常要求闪烁晶体具有高性能、大尺寸和低成本等.本文报道了中国科学院上海硅酸盐研究所在锗酸铋、钨酸铅和氧化碲等闪烁晶体工业化生长方面的最新研究进展,讨论了坩埚下降法作为工业晶体生长技术的优缺点.     

熔体法制备无机钙钛矿半导体核辐射探测晶体与器件的研究进展

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场景来优化半导体器件设计,才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此,本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度,探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能,以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。     

从矿物宝石到光电功能晶体——解读蒋民华先生《晶体赋》

晶体美丽有用,构造和谐有序。光电功能晶体可实现光能和电能的相互转化,在微电子、光电子、通信、航天及现代军事技术等高科技领域占有重要地位。人类认识晶体,源于天然矿物。从矿物晶体的发现到光电功能晶体的人工生长和应用经历了漫长的发展,晶体种类、晶体质量、生长理论、生长技术以及应用等方面均取得了较大进展。本文简述了从矿物宝石到晶体学发展的历程,介绍了压电晶体、电光晶体、激光晶体、非线性光学晶体和闪烁晶体等几类光电功能晶体发展历程及晶体生长研究的进展,展望了未来光电功能晶体的发展趋势。     

GaAs晶体坩埚下降法生长及掺杂效应

作为第二代半导体材料,GaAs晶体自60年前被发现以来已广泛应用于激光、通讯和显示等领域,并发展出液封提拉法、水平布里奇曼法、垂直梯度凝固法等多种生长工艺.本文总结了GaAs晶体的最新研究进展,探讨了各种生长方法的特点及其应用,重点报道了GaAs晶体坩埚下降法生长的研究成果.坩埚下降法具有一炉多产、易操作、低成本等优点,已成为GaAs晶体产业化的重要途径.掺杂不仅能调节GaAs晶体的性能,还会对晶体生长产生重要影响.本文还给出了Bi、Si、Zn等掺杂GaAs晶体生长结果,探讨了它们的性能、缺陷以及在不同领域里的应用.     

新型闪烁晶体Gd3(Al,Ga)5O12:Ce3+的研究进展

无机闪烁晶体在核辐射探测领域有重要的应用,铈掺杂铝酸钆镓(Gd3(Al,Ga)5O12:Ce,缩写为GAGG:Ce)闪烁晶体性能优良,在高能物理、γ相机等应用领域有广阔的应用前景,因此成为了当前闪烁体领域的研究热点.本文总结了GAGG:Ce闪烁晶体近年来主要的研究进展;分析了GAGG:Ce晶体的结构及其稳定性;阐述了反位缺陷对晶体发光性能的影响;通过"带隙工程"理论解释了Gd、Ga离子掺杂消除反位缺陷的机理;总结了近年来GAGG:Ce晶体生长中存在的问题及解决途径;梳理了GAGG:Ce晶体的发光机理、闪烁性能及其影响因素;对各国团队通过阳离子掺杂的"缺陷工程"理论抑制GAGG:Ce晶体闪烁衰减慢分量的研究进行分析总结;展望了GAGG:Ce闪烁晶体发展方向.     

锑化铟晶体材料的发展及应用

锑化铟(InSb)晶体材料自发现伊始,基于其独特的物理化学性质和优良的工艺兼容性,成为了半导体材料领域研究的热点。近几十年来,由于其在红外探测领域的应用前景,更是深受国内外研究机构的广泛关注和重视,技术发展迅速。目前,InSb晶体材料作为制备高性能中波红外探测器的首选材料,应用前景和商业需求巨大,基于InSb晶体材料的红外探测器的快速发展更是大大提升了红外系统的性能,促进了红外技术在军民领域的广泛应用。本文主要介绍了InSb晶体材料的性质,梳理了国内外各公司及研究机构关于InSb晶体材料的研究进展,以及其在红外探测领域的应用情况,对其发展前景和趋势进行了展望。     

晶体材料研究——从体块晶体到微纳米晶体

本文首先简要介绍了晶体的重要性和过去几十年来中国晶体材料研究取得的代表性成果.正文主要以我们课题组开展的工作为例,介绍了激光晶体、非线性光学晶体、磁光晶体、声光晶体、半导体晶体、有机晶体、有机-无机复合晶体、二维晶体、单晶光纤、药物结晶、微纳米晶体等方面的研究进展.这些研究实例的维度已覆盖体块-二维-一维-零维,晶体材料已在国防、经济建设、人类健康和科学技术发展的许多领域,发挥了重要作用并仍将是关键材料.     

大尺寸晶体快速生长理论与技术的研究进展

“如何突破大尺寸晶体材料的制备理论和技术”是中国科协发布的2021年度的十大前沿科学问题之一,揭示晶体生长机制和突破生长关键技术是大尺寸功能晶体发展的两个趋势。在原子分子尺度上,晶体生长可以是有势垒的热激活过程,也可以是无势垒的超快结晶过程,这与具体的体系以及晶面有关。从界面属性角度来看,光滑界面是以台阶拓展的方式生长;粗糙界面没有明显的固-液分层,通过局部原子固化进行生长。本文从晶体生长理论模型、生长技术及其应用实例,以及分子动力学方法在晶体生长中的应用等方面探讨了近些年大尺寸晶体快速生长理论和技术的研究进展。目前有多种方法制备大尺寸晶体,但普遍存在制备的晶体质量差和性能不稳定等问题。需要突破对晶体生长微观机制上的认识,建立机制与温度、流速等外界因素的内在联系。而利用机器学习力场以及分子动力学模拟方法,建立固-液界面,模拟晶体生长,将是探究晶体生长微观机制的一种有效方式。     

钙钛矿结构RFeO3晶体研究进展

稀土正铁氧体RFeO3晶体是一类重要的多功能磁性材料,稳定的正交结构RFeO3晶体具有丰富的磁性,优异的磁光和光磁特性,在磁光和光磁调控方面取得一系列重要研究进展.另外,正交相DyFeO3和GdFeO3等晶体由于R3+与Fe3+交换收缩作用,在极低温度下表现出磁电耦合特性.相比较而言,近年来涌现出的六方相RFeO3晶体被报道具有室温磁电耦合特性,受到国内外广泛关注.由于六方相RFeO3晶体属于亚稳态,晶体生长有一定的难度.本文主要综述了正交相RFeO3晶体和六方相RFeO3晶体的生长、磁光、光磁和磁电耦合特性,为该体系晶体的结构设计、材料制备和性能研究提供参考.     

高温闪烁晶体Ce：YAP的生长研究

Ce:YAP晶体具有优良的闪烁性能，其主要特点是光产额大，衰减时间短，发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配，在γ射线探测，核医学等方面有着广阔的应用前景。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce:YAP晶体，成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题，并对晶体生长过程中的爬料，纯YAP晶体着色等现象作了讨论。X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm，吸收测试则显示晶体在254nm,366nm处在两个吸收峰。     

高温闪烁晶体Ce∶YAP的生长研究

Ce∶YAP晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大,衰减时间短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测、核医学等方面有着广阔的应用前景.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶YAP晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及孪晶问题,并对晶体生长过程中的爬料、纯YAP晶体着色等现象作了讨论.X射线激发发射谱表明晶体的发射峰在388nm,吸收测试则显示晶体在254nm、366nm处有两个吸收峰.     

高温闪烁晶体Ce∶LSO的生长研究

Ce∶LSO晶体具有优良的闪烁性能,其主要特点是光产额大、发光衰减时间快、密度大、有效原子序数大、辐射长度短、发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测方面有着广泛的应用.我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的Ce∶LSO晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及籽晶熔断问题,并对晶体生长过程中的表面重熔、晶体着色及Ce的偏析等现象作了讨论.荧光光谱分析表明晶体最大激发波长为353nm,发射峰由391nm和425nm处两个峰组成,吸收谱则显示晶体在209～370nm之间具有多个吸收峰.     

高温闪烁晶体Ce：LSO的生长研究

Ce:LSO晶体具有优良的闪烁性能。其主要特点是光产额大,发光衰减时间快,密度大,有效原子序数大。辐射长度短,发射峰与光电倍增管的接收范围相匹配,在γ射线探测方面有着广泛的应用。我们用提拉法生长了不同掺杂浓度的的Ce:LSO晶体,成功地解决了在生长过程中出现的晶体开裂及籽晶熔断问题,并对晶体生长过程中的表面重熔,晶体着色及Ce的偏析等现象作了讨论。荧光光谱分析表明晶体最大激发波长为353nm。发射峰由391nm和425nm处两个峰组成,吸收谱则显示晶体在209-370nm之间具有多个吸收峰。     

LuAlO3：Ce闪烁晶体的研究进展

本文总结了铝酸镥（LuAlO3：Ce简称LuAP：Ce，P表示该晶体为赝钙钛矿结构）闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状，重点阐述了目前晶体生长及其性能研究取得的进展，然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题，提出了铝酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向。     

LuAlO3∶Ce闪烁晶体的研究进展

本文总结了铝酸镥(LuAlO3∶Ce简称LuAP∶Ce,P表示该晶体为赝钙钛矿结构)闪烁晶体的晶体结构、闪烁性能、闪烁机理与晶体生长的研究现状,重点阐述了目前晶体生长及其性能研究取得的进展,然后分析了目前文献报道晶体中存在的问题,提出了铝酸镥闪烁晶体未来研究发展的几个方向.     

Yb:YAG晶体的生长与激光性能

采用中频感应提拉法生长出掺杂浓度的原子分数高达２０％的Ｙｂ：ＹＡＧ晶体,探索了合适的晶体生长,退火工艺参数;研究了晶体中的杂质离子和色心;选用ＩｎＧａＡｓ半导体激光泵浦,通过激光腔的设计,研究了晶体的激光性能,获得了１０３０ｎｍ波长３００ｍＶ的脉冲激光输出,斜率效率为３０％。