基于光谱测试的纯净金刚石品质与缺陷研究

本文利用低温拉曼与光致发光光谱对纯净金刚石晶片的结晶质量、晶体应力分布进行表征分析,并结合电子辐照和快速退火对晶片的杂质缺陷结构开展研究。通过拉曼光谱对金刚石特征峰的表征分析发现,由于金刚石生长机制以及晶片的切割、抛光等因素影响,晶片的边缘与表面应力分布较高。光致发光光谱中的零声子线具有明显的温度依赖性,根据Jahn-Teller效应与电子-声子耦合理论阐明了测试温度变化引起中性单空位缺陷零声子线分裂与红移的机理。对晶片做电子辐照与退火调控处理后,晶片中氮-空位(NV)缺陷显著增多,表明在纯净晶片中氮主要以替代位氮杂质的形式存在。     

硼、氮共掺杂金刚石的高温高压退火研究

本文通过温度梯度法在5.5 GPa和1300℃的条件下合成了硼、氮共掺杂金刚石单晶.随后分别在5.0 GPa,2000℃和2100℃的条件下对合成金刚石进行了高温高压(HPHT)退火处理.傅里叶红外光谱(FT-IR)测试表明高温高压退火后晶体内部单一替代形式的C心氮转变成了聚集态A心氮,且随着退火温度的升高A心氮的含量提高.晶体内部带正电荷的氮离子N+的含量并未受到退火处理的影响.经过高温退火后晶体内部出现了NV0和NV-色心,但是继续提高退火温度时NV色心消失.高温高压退火并未对金刚石晶体的结构及内应力产生明显的影响.高温高压退火处理后金刚石晶体的热稳定性能提高,其起始氧化温度、剧烈氧化温度以及质量急剧减少的温度点分别提高了65℃、55℃以及61℃.本文对高温高压退火处理应用到硼、氮共掺杂金刚石提供了指导.     

MPCVD单晶金刚石初始及断续生长界面的表征与分析

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术制备的大尺寸、高质量单晶金刚石材料具备卓越的物理化学性能,在珠宝、电子、核与射线探测等消费品、工业和国防科技领域极具应用前景.研究发现在化学气相沉积单晶金刚石生长过程中,在衬底与外延层之间,以及生长中途停止-继续生长的生长层之间出现明显的界面区.本文采用偏光显微镜、拉曼光谱、荧光光谱(PL)等手段对界面区域进行了测试分析,界面区在偏光显微镜下表现出因应力导致的亮区,且荧光光谱(PL)及其线扫描显示该区域的NV色心含量远高于衬底及其前后外延层,表明该界面区具有较高的缺陷和杂质含量.结果表明在生长高品质单晶金刚石初期就应当采取一定手段进行品质调控,并尽量在一个生长周期内完成制备.     

退火对电子辐照氮化镓光电性能的影响

本文对10 MeV电子辐照的GaN进行了不同温度的热退火处理.用光致发光谱和霍尔测量了样品的光电性能随退火温度的变化.实验结果表明:黄光带强度、电子浓度和电子迁移率随退火温度呈非线性变化.在200～600℃退火范围内,黄光带、电子浓度和电子迁移率的变化是由于辐照Ga空位与O施主杂质的结合和断裂引起的.800℃退火后黄光带、电子浓度和电子迁移率的变化与电子辐照引入的N空位有关.     

CH4NS掺杂金刚石的高压合成及其色心研究

压力、温度分别为6.5 GPa、1300 ～1350℃的实验条件下,在FeNi-C体系中添加硫脲(CH4N2S),利用温度梯度法成功合成了掺杂CH4 N2S的金刚石.光致发光(PL)光谱测试结果表明:所合成的金刚石晶体中均有尖锐的Raman峰存在,且该峰位于522 nm处;当合成体系中CH4N2S的添加量为1 mg时,所对应的晶体中未发现有NV色心存在,但在以晶种(100)面生长的金刚石晶体中出现了3H色心,并且3H色心会随着合成体系中CH4N2S添加量的增加逐渐消失.当合成体系中添加2 mg的CH4N2S时,以(111)面为生长面所合成的金刚石晶体中同时含有NV0和NV-色心,此时NV-色心所对应的PL谱的强度是所有晶体中最强的.当合成体系中添加3 mg的CH4N2S时,不管以(100)还是(111)为生长面,所获得的金刚石晶体中只含有NV-色心.     

氟化钡晶体电注入着色

在不同的温度,电压和时间条件下,经点阴极电注入,有效地使氟化钡晶体着色.在室温下,分别对着色前后的晶体进行系统光谱测量.在着色前的氟化钡晶体中未观测到明显的吸收峰.在着色后的氟化钡晶体中,观测到大量的F和FA色心以及一些未知色心.对不同电注入温度、电压和时间条件下的着色氟化钡晶体光谱进行比较分析,得到了经点阴极电注入着色氟化钡晶体色心强度随着色温度,电压和时间的变化规律并给出了色心形成机理以及色心强度随温度、电压和时间变化机理.     

电子辐照对MgAl2O4尖晶石光学性质的影响

本文利用1.7 MeV电子辐照MgAl2O4尖晶石后,通过吸收谱测量表明,被电子辐照的尖晶石可产生大量的F型色心缺陷, 而且电子的辐照剂量明显地影响尖晶石的光谱特性.随着电子辐照剂量增加, F型色心缺陷的浓度增大;椭偏光谱分析得到的光学常数谱随电子辐照剂量的变化而改变.我们对上述现象进行了合理的分析.     

电注入着色溴化钾晶体光谱特性及激活能

利用电注入着色装置,分别使用点阴极与平板阳极和点阳极与平板阴极在不同条件下对溴化钾晶体进行电注入着色.点阴极注入时,在着色晶体中产生V色心和F色心,计算得到F色心激活能0.84 eV.点阳极注入时,在着色晶体中产生V色心,计算得到V色心激活能0.49 eV.对着色晶体进行系统的光谱测量,确定色心光谱吸收带的光谱参数.对比两种情况下测得的电流～时间关系曲线,解释其色心形成机理.     

点阳极电注入氯化钠晶体光谱特性及机理

利用电注入着色装置,使用点阳极和平板阴极在不同条件下对氯化钠晶体进行电注入着色.在着色晶体中产生大量V、F、胶体C和N心.对着色晶体进行系统的光谱测量,确定色心光谱吸收带的光谱参数.研究不同注入条件对色心浓度的影响.测得电流～时间关系曲线.计算出V色心的激活能小于F色心激活能,进而解释色心形成机理.     

立方晶系Ca2Si声子色散和热力学性质的第一性原理计算

采用模守恒贋势和超软贋势两种方法分别计算立方晶系Ca2Si的声子色散关系、声子态密度和热力学特性.运用线性响应方法和有限位移方法确定立方晶系Ca2Si的声子色散关系和声子态密度,得到立方晶系Ca2Si的声子振动模式是各向异性,且立方晶系的Ca2Si是不稳定结构.在声子色散关系确定的基础上分别计算定容热容、焓、熵和自由能随温度的变化关系,得到Cv-T曲线在低温条件下符合德拜第三定律;当T=1000K时,立方晶系Ca2Si的热熔Cr=21J·mol-1 ·K-1;在高温条件下,随着温度的增加Cv→3R.通过分析声子色散、振动关系和热力学特性得到立方晶系Ca2Si的振动系统由声子和电子组成.