在宇宙空间实验室生长晶体及晶体中的生长条纹

一、在宇宙空间实验室生长硅 和锑化镓晶体 在1983年12月发射的宇宙飞船空间实验室1号中,用区熔方法生长了元素半导体硅(实验序号ES-321)[1-3]和Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体锑化镓(实验序号ES-323)[4]. 此次晶体生长实验的目的在于: (1)研究在失重的情况下,以区熔方法生长硅或锑化镓晶体的可能性和生长技术上的新问题; (2)研究在失重的情况下,掺杂剂在晶体中的分布,期望得到掺杂剂均匀分布的晶体. 硅晶体和锑化镓晶体都是用熔区移动的方法在镜式加热装置中进行的.安装在空间实验室中的晶体生长设备和镜式加热炉分别如图1和图2所示. 两只作为加热…     

三温区溶质传输助熔剂法生长BaTiO_3晶体

ＢａＴｉＯ３晶体新的生长方法，即感应加热三温区溶质传输熔剂法。其要点使高温熔体分为三个温区，坩埚顶部为生长区（Ａ区），温度最低，坩埚底部为溶解区（Ｃ区），温度高于生长区，营养料置于此区，坩埚中部为高温区（Ｂ区），在此区将杂晶熔解。还阐述了此法的机理，调试创造了稳定适宜的三温区温场。用此法生长出了优质ＳＴｉＯ３大单晶，尺寸达３０×３０×１５ｍｍ，并初步观测了其畴结构形貌，实验测定了晶格常数和居里点。     

提拉法和导模法生长钛酸镧(La_2Ti_2O_7)晶体

La2Ti2O7晶体是一种焦铌酸钙型层状结构的高温铁电体.在铁电体中,该晶体的居里温度最高(约1500℃).1972年Kimura等人用红外加热的浮区生长装置首先生长出直径为6毫米、长度为50毫米的La2Ti2O7晶体[1].该晶体具有优良的压电、电光和非线性光学特性[1-4]. 我们用高频感应加热的提     

浮区区熔生长的单晶光纤形状稳定问题

本文用晶体区熔生长理论对激光加热基座法生长的单晶光纤形状稳定问题作了研究.说明了稳定生长的熔区长度与晶纤直径、源棒直径的关系.讨论了影响晶纤直径波动的干扰因素.指出了干扰因素中激光功率的稳定和源棒直径的均匀是主要的.理论推出的结论得到实验证实.     

碲溶剂法生长碲镉汞晶体的数值模拟

提出了碲溶剂法在稳态条件下生长碲镉汞晶体的理论模型.该模型利用与时间相关的一维物质扩散方程组，熔区自由边界通过相图来确定.采用有限差分法完成了组分x=0.2的长波碲镉汞晶体生长过程的数值模拟.讨论了液相区温度场分布、加热器移动速度、液相区长度和生长界面温度对生长碲镉汞晶体轴向组分的影响.模拟结果与实验结果相符. 关键词：     

蓝宝石中子辐照色心的研究

研究了中子辐照对蓝宝石(α-Al2O3)单晶体缺陷形成及光学性能的影响,对采用提拉法与温度梯度法生长的蓝宝石晶体进行中子辐照,通过对比辐照前后的吸收及荧光光谱变化,发现辐照使得蓝宝石晶体内形成F、F^ 和F2^ 色心缺陷,但不同方法生长的晶体样品中色心浓度差异明显。其中提拉法样品的F心浓度要高于温度梯度法样品,而温度梯度法样品中F^ 色心浓度要高于提拉法样品。分析表明,这与两种方法生长的晶体中杂质含量差异有关。通过研究辐照后晶体的热致发光谱发现提拉法与温度梯度法生长的蓝宝石晶体分别在145℃与150℃有明显的热致发光出现,采用初始上升法计算出两种方法生长的晶体的热致发光陷阱深度分别为1．15eV及1．05eV。     

聚甲基丙烯酸甲酯光子晶体的生长和结构分析

金属/半导体基光子晶体有重大的国防应用价值,其生长技术的核心是设计合适的方法将聚甲基丙烯酯甲酯(PMMA)微球组装成光子晶体。在目前垂直沉积法的基础上,通过控制甲基丙烯酸甲酯(MMA)和偶氮引发剂的反应,使用等温蒸发工艺开发了光子晶体的可控垂直沉积(CVD)技术。实验合成了高度单分散的PMMA微球,并将PMMA微球组装成了光子晶体;对试样进行扫描电镜研究发现,晶体内部排列有序度很高,表面层很完美平整,在3μm×5μm的有序区内仅有两个点缺陷;使用直径分别为294nm和345nm的PMMA微球,沉积出具有规则的周期性密堆积结构的光子晶体,试样的完美有序区范围在20μm以上。实验发现,在可控垂直沉积法的晶体生长过程中,光子晶体的生长方式为连续生长,生长界面为粗造界面。     

Nd：YAG单晶光纤光学特性研究

本文测量了用激光加热基座法拉制的Nd:YAG单晶光纤(具有块状晶体)的吸收谱线,荧光谱线等光谱学特性.根据测得的散射特性分析了用该法拉制的单晶光纤的生长缺陷和直径波动及其与单晶光纤质量的关系.     

水热法合成KTP晶体的红外光谱研究

采用Nicolet 550型傅里叶变换红外光谱仪,对不同世代水热法合成KTP晶体的不同晶面进行了镜反射法红外光谱测试,与助熔剂法合成KTP晶体的红外光谱测试结果进行了比较,并估算了不同世代样品中羟基的浓度。测试主要针对水热法合成KTP晶体比较发育的(100)、(011)和(201)晶面,分基频区和指纹区两个区段进行。研究结果表明,水热法合成KTP晶体中OH-的伸缩振动存在明显的方向性特征,其中[100]方向吸收明显,并且其频率比助熔剂法合成KTP提高约30 cm-1。样品中的羟基浓度依世代逐代下降,羟基的存在抑制了KTP晶体的生长,提高原料纯度对于提高晶体质量有重要意义。     

移动加热器法生长碲镉汞晶体的数值模拟

提出采用移动加热器(THM)法在稳态条件下生长碲镉汞晶体的理论模型.该模型利用与时间相关的一维物质扩散方程组,熔区自由边界通过考虑相图来确定,没有考虑对流的影响.给出了x=0.2时碲镉汞晶体生长过程的数值解.结果表明,在生长初始阶段,生成晶体的组分是不均匀的,其长度与生长条件如熔区长度、加热器移动速度、温场分布等因素有关,在初始阶段过后,生成晶体的组分接近多晶料的组分. 关键词：     

界面动力学对过冷熔体中球晶生长界面形态的影响

考虑了在非平衡凝固条件下球晶生长过程中界面动力学系数随界面温度的变化,利用渐近分析方法求出了在过冷熔体中球晶生长温度场和界面的近似解析解,研究了非线性界面动力学过冷对于过冷熔体中球晶界面形态和生长速度的影响.研究表明,界面动力学系数越大,球晶的生长速度越快; 反之,表明界面动力学系数越小,球晶的生长速度越慢.与忽略界面动力学的情形比较,在球晶生长过程中依赖于界面温度变化的界面动力学显著地减缓了晶体生长的速度. 关键词： 球晶 界面形态 渐近分析     

Dispersity and growth kinetics of K<Subscript>2</Subscript>SO<Subscript>4</Subscript> crystals in drops of an evaporating solution

Growth of K₂SO₄ crystals is studied in solution drops that have different initial heights and evaporate in different times. The dependences of the crystal size on the crystal growth time are obtained. The following three crystal growth modes are detected: rapid crystal growth in a supersaturated solution, a stop in the growth as a result of complete removal of supersaturation, and slow growth at a quasi-equilibrium solution concentration. The dispersities of the crystals that are retained at the bottom of the drop after complete evaporation of the solvent are calculated. A linear relation between the crystal dispersity and the reciprocal crystal growth time is revealed. The dispersity of K₂SO₄ crystals and the dispersity of the solid-solution dendrites in aluminum alloys are found to exhibit the same character of their dependences on the reciprocal crystal growth time.     

Stability of Crystal Growth Face and Dissolution Face in Crystallization from Solution under Microgravity

The stability of the shapes of crystal growth face and dissolution face in a two-dimensional mathematical model of crystal growth from solution under microgravity is studied.It is proved that the stable shapes of crystal growth face and dissolution face do exist,which are suitably shaped curves with their upper parts inclined backward properly.The stable shapes of crystal growth faces and dissolution faces are calculated for various values of parameters,Ra,Pr and Sc.It is shown that the stronger the convection relative to the diffusion in solution is,the more backward the upper parts of the stable crystal growth face and dissolution face are inclined.The orientation and the shape of dissolution face hardly affect the stable shape of crystal growth face and vice versa.     

玻璃微球内氘结晶行为研究

为研制出满足惯性约束聚变(ICF)实验的氘氚(DT)冷冻靶, 需要控制DT结晶生长过程, 实现DT单晶生长, 由此减少影响冰层均匀化及聚变实验的晶体缺陷. 本文运用晶体生长形态动力学理论建立了密排六方晶体(hcp)单晶生长模型, 实验中通过对靶室进行± 3 mK精确控温, 采用可见光背光成像技术在线表征了低温下玻璃微球内氘(D₂)的结晶生长过程, 结果表明: 在20–100 Pa低温氦气导热环境下, 通过缓慢降温可显著降低氘晶体生长过程中形成的缺陷; 当降温速率达到2 mK/min时, 观测到了氘燃料的两种单晶生长过程, 实验具有可重复性; 建立的hcp单晶生长理论模型与实验结果符合, 并与美国利弗莫尔国家实验室(LLNL)的DT单晶生长过程进行了对比, 提出了冷冻靶内D₂/DT燃料的单晶生长方法.     

相场晶体法模拟过冷熔体中的晶体生长

利用相场晶体(phase-field crystal)模型,采用有限差分法,模拟了过冷熔体中晶体生长过程,研究了不同相区、不同过冷度对晶体生长过程的影响.结果表明,在共存区中,随着演化的进行,晶体生长被抑制,液-晶边界层逐渐变厚;在单相区中,随着过冷度的增大,晶态区面积显著增加,液-晶边界层逐渐变薄.晶体生长速度和过冷度成近似线性的关系. 关键词： 相场晶体 自由能函数 过冷熔体 晶体生长     

籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响

本文在国产六面顶压机上,在5.6 GPa, 1250—1450℃的高压高温条件下,分别选用边长0.8, 1.5和2.2 mm三种尺寸的籽晶,系统开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究.文中系统考察了籽晶尺寸对宝石级金刚石单晶生长的影响.首先,考察了籽晶尺寸变化对宝石级金刚石单晶裂晶问题带来的影响.研究得到了籽晶尺寸变大,裂晶出现概率增加的晶体生长规律.其次,在25 h的生长时间内,考察了上述三种尺寸籽晶生长金刚石单晶时,生长时间与单晶极限生长速度的关系.得到了选用大尺寸籽晶,可以提高优质单晶合成效率、降低合成成本的研究结论.借助扫描电子显微镜和光学显微镜,对三种尺寸籽晶生长金刚石单晶的表面形貌进行了标定.最后,傅里叶微区红外测试,对三种尺寸籽晶生长宝石级金刚石单晶的N杂质含量进行了表征.研究得到了选用大尺寸籽晶实现快速生长金刚石的同时,晶体的N杂质含量会随之升高的晶体生长规律.     

在Si-Ge晶体外延生长中的RHEED花样研究

在晶体衍射理论基础上,利用运动学理论解释了反射式高能电子衍射（reflection high energy electron diffraction, RHEED）在Si-Ge晶体外延生长过程中不同阶段出现的花样．尤其研究了晶体岛状生长之后出现的RHHED透射式衍射花样,并给出了相应的解释．解释了硅锗外延生长过程中的多晶环图案和孪晶衍射图案的含义,并给出各个生长阶段演化的工艺条件． 关键词： 硅锗外延生长 反射式高能电子衍射 表面重构 透射式衍射花样     

PbMoO4晶体生长基元和生长习性的高温拉曼光谱研究

应用高温拉曼光谱研究了PbMoO₄熔体中的生长基元.通过对不同温度下PbMoO₄晶体拉曼光谱和熔点温度附近熔体高温拉曼光谱的研究,发现PbMoO₄熔体中存在Pb²⁺阳离子和［MoO₄］^2－阴离子生长基元.进一步讨论了PbMoO₄晶体生长基元和各个低指数晶面间的相互作用,解释了晶体的生长习性和枝晶生长的原因,并指出:PbMoO₄晶体生 关键词： 钼酸铅晶体 枝晶 籽晶取向 拉曼光谱     

Gasdynamic effects during the growth of crystalline gallium nitride via chloride-hydride epitaxy in a vertical reactor

The growth of crystalline gallium nitride during chloride-hydride vapor epitaxy in a vertical reactor is numerically simulated. The effects of a break in the stability of the gas flow and the related changes in the crystal growth characteristics are analyzed; these changes are caused by changes in the flow rates of the gas components and in the crystal position with respect to the source of gallium. Free concentrational convection is found to substantially affect the crystal growth rate distribution over the crystal surface.     

α—SiC晶体中的位错

用腐蚀法和X射线形貌术研究了α-SiC晶体中的位错。所用的腐蚀剂为熔融氢氧化钾。证实了尖底蚀坑与位错的一一对应关系。由于[0001]方向的螺型位错的Burgers矢量比刃型位错的Burgers矢量大得多,故可从蚀坑的深浅来判别螺型位错和刃型位错。给出了蚀坑形状和多型体晶体结构的对应关系。研究了表面生长蜷线的形态与SiC晶体中的位错及位错运动的关系。X射线形貌图显示了α-SiC晶体中相当数量的位错处于基面C面上。生长位错从晶体“根部”成核并随着晶体生长前沿的向前推进而延伸,因而位错线的方向常常沿[101O]和[1120]方向。将腐蚀法和X射线形貌术结合起来才能全面显示α-SiC晶体中的位错。 关键词：