化学气相沉积法制备二维过渡金属硫族化合物研究进展

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯之后的新型二维材料，由于其自身的独特物理化学性质在半导体、光电材料、能源储存和催化制氢等方面备受瞩目。化学气相沉积(CVD)是目前适合实现大规模制备二维材料的工艺之一，制备过程中参数的高度可控性使其具有很大优势。本文综述了近期通过CVD制备TMDs的研究进展，探讨了在CVD制备工艺中各种参数对产物生长和最终形貌的影响，包括前驱体、温度、衬底、辅助剂、压力和载气流量等。列举了一些改进的CVD制备工艺，并对其特点进行了总结。最后讨论了目前CVD制备TMDs所面临的挑战并对其发展前景进行展望。     

化学气相沉积单层VIB族过渡金属硫化物的研究进展

2004年以来,石墨烯因其优异的光学、电学性质而被广泛地研究,但由于其零带隙的特性极大地限制了它的应用前景.单层的VIB族过渡金属硫化物(TMDs)拥有类似石墨烯的晶体结构及可控的能带结构,是一类理想的二维直接带隙半导体材料,不仅可用于探索如谷极化等一些基础和前沿的物理问题,也可以广泛应用于纳米器件、光电子学和光催化的研究.近年来,化学气相沉积(CVD)技术作为一种相较于传统化学合成或物理剥离更加有效的制备方法被引入此类材料的生长,能够合成出拥有大面积连续的、厚薄均匀和较高晶体质量的单层TMDs.基于此,重点介绍了利用CVD技术生长单层TMDs所取得的进展,讨论了各工艺条件(如反应温度、载流气体、衬底、前驱物与衬底之间的距离等)对单层TMDs的生长及性质的影响.最后,探讨了利用CVD技术实现调控单层TMDs的尺寸、覆盖度和层厚均匀性的途径和方法.     

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。     

单晶材料的新发展及其对生长技术的挑战

近年来,宽带隙半导体GaN、SiC、ZnO,弛豫铁电体PZNT,热电半导体β-FeSi2,超导体MgB2等功能晶体材料引起了人们的广泛关注.这些材料大多具有非常优异的性能和巨大的应用前景,但生长工业应用的体单晶非常困难.本文从晶体生长技术角度综述了这些晶体的研究进展,结合其物理化学特性探讨了单晶生长中遇到的一些关键问题.通观这些热点单晶材料的研究现状,一方面我们可以把晶体膜的制备技术看作是传统晶体生长技术的延伸,另一方面,膜技术的发展和单晶生长中存在的问题,也是对传统生长工艺的挑战.     

《人工晶体学报》征稿简则

人工晶体学报是由中国硅酸盐学会晶体生长与材料专业委员会和中材人工晶体研究院共同主办的学术性刊物。《学报》以论文和简报两种形式报道我国在晶体材料:半导体材料、光电子材料、薄膜材料、超硬材料和高技术陶瓷等在理论研究、生长技术、性能、品质鉴定、原料制备以及应用技     

Dy、Lu掺杂对TSAG晶体磁光特性影响研究

Tb₃Sc_xAl_5-xO₁₂(TSAG)晶体是一种性能优异的磁光晶体材料，解决大尺寸TSAG晶体生长过程中开裂问题对高功率磁光隔离器的应用有着重要的意义。本文采用提拉法晶体生长技术，考察了稀土离子Dy、Lu在晶体生长过程中的分凝规律，分析了Dy、Lu掺杂对TSAG晶体性能的影响。结果表明，Dy、Lu掺杂有助于解决大尺寸TSAG晶体的开裂问题，生长的TSAG晶体均具有良好的内部质量，且所得晶体消光比均大于33 dB。Lu掺杂对TSAG晶体的维尔德常数有一定提升，而Dy掺杂则对TSAG晶体的维尔德常数提升无明显作用。Dy、Lu共掺的TSAG晶体磁光性能与TSAG基本相近，所制备晶体均满足高功率激光隔离器生产要求。     

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。     

《人工晶体学报》征稿简则

《人工晶体学报》是由中国硅酸盐学会晶体生长与材料专业委员会和人工晶体研究院共同主办的学术性刊物。《学报》以论文和简报两种形式报道我国在晶体材料：半导体材料、光电子材料、纳米材料、薄膜材料、超硬材料和高技术陶瓷等在理论研究、生长技术、性能、品质鉴定、原料制备以及应用技术和加工等方面的最新科研成果，同时介绍国内外晶体材料的发展动态与学术交流活动及会议。     

Li2B4O7晶体的生长及其性能研究

本文详细叙述了采用提拉法生长Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７晶体的原料制备和晶体生长工艺，研究并克服了晶体生长过程中出现的各种缺陷。测试了晶体的压电和声表面波性能，结果表明，Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７是一种优良的ＳＡＷ基片材料。     

过渡金属二硫族化合物在FET中的应用研究进展

过渡金属二硫族化合物(Transition-metal dichalcogenides,TMDs)作为一组二维材料具有丰富的物理特性,近几年因其半导特性在半导体器件上具有重要的应用前景而引其了学界的普遍关注.总结了TMDs材料的制备方法及其在场效应管(FET)上的应用研究进展,并对存在的问题以及潜在的研究方向做了展望.     

高温高压生长宝石级金刚石单晶的表面特征研究

本文利用高温高压温度梯度法,NiMnCo合金作为触媒,分别采用籽晶{100}和{111}作为生长面,合成了Ib型宝石级金刚石单晶,对其表面特征进行了分析和讨论.结果发现,宝石级金刚石单晶的表面特征不具有唯一性,多数情况下,晶体{111}面明显较{100}面平整,而且{100}面生长台阶的棱角不清晰,经常会出现经触媒融融过的痕迹,并且这种现象的出现跟籽晶生长面不同和合成温度条件高低无关;{111}面有时也会出现明显的生长台阶,棱角清晰,并且形状较为规则.宝石级金刚石晶体表面特征的不唯一性说明晶体表面特征对生长条件稳定性有更高的要求.     

优质立方六面体金刚石大单晶的生长研究

高温高压静压触媒法合成的金刚石单晶,往往呈现六八面体形貌,因为立方六面体单晶{100}面的生长区间相对较小.本研究利用高温高压温度梯度法,自制Fe-Ni合金触媒,通过对合成组装和工艺进行合理调整后,控制晶体在相对低温适合{100}面生长区域内生长,得到的晶体均呈现完整立方六面体形貌;同时为抑制包裹体和其他杂质的进入,人为的提高晶体的径向平铺生长速度,抑制其轴向生长速度.以在33 h内合成的优质立方六面体晶体为例,晶体最大方向尺寸达到7.3 mm,重1.2克拉,其径向生长速度达到0.22 mm/h,轴向生长速度仅为0.08 mm/h,增重速度为7.3 mg/h.     

新型功能碳材料的高压截获

高性能功能材料在诸多领域具有广泛的应用前景,是人们一直关注的研究热点。高压可以有效地改变物质的原子间距和成键方式,是获得新型功能材料的重要途径。在碳材料的高压研究中,许多有趣的功能碳材料,如光学透明碳、高强度弹性碳和超硬非晶碳等,已经通过不同的碳前驱体合成。本文简要介绍了作者近年来在低维碳基纳米复合材料高压研究中取得的进展,基于设计的不同低维碳前驱体,高压下截获了具有超硬特性、新型压致共价聚合及发光增强的碳材料。     

Synthesis and Characterization of Ml2-Intercalated Bi-2212 Cuprates (M=Mn,Fe, Co,Cu, Zn)

Abstract

A series of new layered cuprates with the composition MI_2+xBi₂Sr₂CaCu₂O_8+y (x=0.6–0.9; M=Mn, Fe, Co, Cu, Zn) have been synthesized by the reaction of Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ with each transition metal under an atmosphere of iodine at 400°C. The new cuprates, lamellar in shape, are crystallized in a tetragonal unit cell with the lattice parameters of a = 5.393–5.402 Å and c = 43.32–43.96 Å. A structure model for these cuprates are proposed in which the monoiodide anions are intercalated in the Bi₂O₂ layer to form a bilayer accompanying 3d metal cations. All of the intercalated cuprates are non-superconducting to be as high as 0.74–2.52 MΩ · cm in resistivity at room temperature.     

金刚石单晶高温高压合成中氮对硫的影响

为了研究在金刚石大单晶生长过程中氮对硫的影响,在6.5 GPa高压条件下采用温度梯度法分别研究了两种不同合成体系中金刚石的合成.利用傅里叶显微红外光谱(FTIR)仪对所合成的金刚石进行了测试,测试结果表明:晶体中(a)中不含有氮,晶体中(b)中氮的浓度为280 ppm.此外,对所合成的样品进行了X射线光电子能谱测试,测试结果表明:在Ib型金刚石中有硫元素存在,而硫未进入到IIa型金刚石中.因此,金刚石中氮的存在对金刚石中硫的进入有促进作用.     

高压13.56MHz PECVD法沉积器件质量级本征微晶硅材料

本文国内首次报道了采用高压RF-PECVD技术沉积本征微晶硅材料的结果.实验表明,增大等离子体激发功率和减小硅烷浓度都能够使薄膜材料由非晶硅逐渐向微晶硅转变,而结构上的改变使得电学特性也随之改变.通过工艺参数的优化和纯化器的使用,有效地控制了氧的掺杂,在较高的生长速度下得到了器件质量级的本征微晶硅材料.将实验得到的微晶硅作为太阳电池光吸收层,在没有ZnO背电极和没有优化窗口层材料以及p/i界面时,电池的效率达到5.22;,这进一步表明本征微晶硅材料的良好性能.     

熔盐法制备三元层状MAX相陶瓷的研究进展

MAX相是一种兼具金属和陶瓷性能的新型三元层状过渡金属碳氮化物。传统合成MAX相的方法都有一定的局限性,如反应温度较高、合成时间过长、合成样品较少,且大部分无法直接一步制备所需MAX相。近些年来,采用熔盐法合成MAX相的报道越来越多,并且工艺持续改进。本文从传统熔盐法合成MAX相出发,分析并阐述了新熔盐法合成MAX相的研究进展。传统熔盐法利用较低熔点的熔盐作为反应溶剂,提高了反应效率;熔盐屏蔽法以熔盐作为反应溶剂的同时还可防止氧化,使得反应可以在空气中进行;路易斯酸盐法则是将熔盐作为反应原料来合成MAX新相;熔盐电化学法以电脱氧的方式,将合成原料由纯金属改为金属氧化物,降低了生产成本。熔盐法所合成MAX相产物较传统方法所合成产物的产量及纯度更高,所需要的温度、能耗以及成本更低。因此,熔盐合成法是未来大批量合成MAX相以及MAX新相合成的一个重要方法。     

Ti、V、Ni、Mo对CVD金刚石涂层形核影响

基于密度泛函理论,计算分析了CH₃基团在含有过渡金属元素Ti、V、Ni、Mo的孕镶金刚石颗粒硬质合金基底表面的吸附能、Mulliken电荷分布、电荷密度差和态密度(density of states, DOS)等一系列性质,研究Ti、V、Ni、Mo对孕镶金刚石颗粒硬质合金基底化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)金刚石涂层形核阶段的影响及其作用机理。计算结果表明:与CH₃基团在WC表面及金刚石表面的吸附相比,Ti、V、Ni、Mo与C原子间有较强的弱相互作用,这使得其对CH₃基团有更强的吸附能力(其中Ti>V>Mo>Ni);吸附能力大小与各原子的价电子结构相关,含有Ti元素的表面对CH₃的吸附最稳定;CH₃基团与Ni原子间更易发生电荷的转移形成共价键,Mo有利于促进CH₃基团的脱氢反应;形核阶段适当添加Ti、V、Ni、Mo这几种过渡金属元素将有利于增加形核密度,改善CVD金刚石膜基界面结合强度。