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.     

成型压力对PMNT多晶体取向生长的影响

采用添加PbO的TGG方法定向生长PMNT多晶体,研究了素坯成型压力对PMNT多晶体取向生长的影响规律.结果表明,成型压力直接影响PMNT多晶体的取向生长速度和取向程度.随着成型压力逐渐增大,PMNT多晶体的取向生长速度呈先增加后减小的趋势.低于临界成型压力(在本文实验条件下,临界成型压力为600MPa)时,随成型压力增大,PMNT多晶体的取向生长速度越来越快;高于临界成型压力时,随成型压力增大,PMNT多晶体的取向生长速度越来越慢,但是多晶体的取向程度却越来越好.     

超大尺寸KDP/DKDP晶体研究进展

KDP/DKDP晶体具有生长方法简单、成本较低、光学性能良好等优点,而可生长出的超大尺寸KDP/DKDP晶体是目前唯一可用于高功率激光工程的单晶材料。但是在晶体的生长过程中存在很多影响因素,同时对晶体进行后处理也会影响晶体的性能,这都直接关系到超大尺寸KDP/DKDP晶体的实际应用。鉴于此,本文综述了近些年超大尺寸KDP/DKDP晶体的重要研究进展, 特别是针对传统生长和快速生长中存在的问题和相应的解决对策以及晶体性能相关的研究,并重点对晶体的透过率、氘化率、激光诱导损伤等进行了分析和讨论。     

DNA模板调控纳米无机材料生长

以DNA为模板诱导纳米无机晶体的生长是近年来一个新的研究方向.DNA模板具有完善和严密的分子识别功能,使其组装过程具有高度的选择性.通过人为控制DNA的形状、长度和序列,可以制备出不同结构的纳米功能材料.本文讨论了DNA模板诱导硫化镉、四氧化三铁、硫酸钡、氯化镁和二氧化硅等纳米无机晶体的生长.     

连续铸造铜单晶的晶体取向与竞争生长

本文采用自制单晶连铸设备和X射线衍射方法研究连铸铜单晶的晶体取向与竞争生长.结果表明,在晶体演化过程中逐渐淘汰的晶面为(311)、(200)和(111),最后单晶生长的晶面为(200),连铸铜单晶的晶体生长方向为[100],晶体取向[100]与晶轴的偏离度小于10°.单晶生长时固液界面向熔体呈凸出形状,这有利于晶体生长过程中的竞争和淘汰.还发现了连铸铜单晶取向在一定范围内,并不是唯一取向的单晶.     

反应烧结碳材料表面异质外延生长SiO2晶体的研究

利用高温反应烧结在不同结构碳材料表面热蒸发进行二氧化硅(SiO2)晶体的外延生长.采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子能谱仪(EDS)分析和研究了碳材料表面生成物的物相组成与显微形貌,探讨了SiO2晶体的外延生长机理.研究结果表明,不同结构碳材料表面能外延生长SiO2晶体,但形态不同.在碳纤维表面形成颗粒和短晶须状SiO2晶体,在石墨片上形成凸起团聚状SiO2晶体,而在金刚石表面首先形成了Si-O涂层,然后在Si-O涂层上生长棒状SiO2体.碳材料外延生长SiO2晶体是首先通过热蒸发法使Si沉积到碳材料表面,然后Si与体系中的O反应形成SiO2晶核,在不同结构碳材料表面生长SiO2晶体.     

REBa2Cu3O7-δ/MgO液相外延生长初始阶段的物理化学研究

本文综述了RE(RE＝Y,Nd)BCO高温超导体厚膜在MgO基片上液相外延生长(Liquid Phase Epitaxy,LPE)的初始阶段研究.外延生长初始阶段直接发生在种膜或者基片上,是整个生长过程最为特殊的阶段,对整个生长过程和晶体质量都有很大的影响.在不同生长条件下,探讨此阶段中熔体/厚膜/种膜/基板间的相互依赖关系及对生长机制的影响,包括:籽晶的部分溶化,基片的回溶,晶粒的优先溶化/生长, 熔体包裹物的形成以及异质种膜外延生长的机制等.     

闭合状态对磁控溅射Cr镀层生长过程的影响

利用非平衡磁控溅射离子镀技术于不同磁场闭合状态下在单晶硅基体上制备出Cr膜,采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察并分析了不同闭合状态下镀层的微观形貌和晶体择优生长趋势.结果表明:闭合状态显著影响着Cr膜生长过程中的柱状晶取向和致密度.不闭合状态下,Cr膜截面组织为典型疏松的柱状晶体组织,镀层沿(110)面择优生长;半闭合状态下,Cr膜截面组织为较致密的柱状晶体组织,在不同生长时期,镀层沿(110)或(200)面择优生长;完全闭合状态下,Cr膜截面组织在初始1 μm范围内,为致密纤维状晶体组织,随后呈现致密的无明显柱状晶体形貌,镀层沿(200)面择优生长.     

点籽晶定向生长70％DKDP晶体的研究

磷酸二氢钾(KDP)类晶体快速生长主要采用点籽晶快速生长方法,三维生长的点籽晶不可避免的会使晶体产生柱锥交界线,从而影响晶体的性能和质量.本文通过所设计的载晶架,改进传统点籽晶快速生长方法,采用点籽晶定向生长方法,成功生长出磷酸二氘钾晶体(70%DKDP),避开生长晶体中的柱锥交界线取片,并对其氘含量、透过率、抗激光损伤性能以及光学均匀性等指标进行了测试.结果表明:所生长的晶体氘含量符合设计要求,晶体透过率和抗激光损伤性能和传统点籽晶快速生长晶体保持一致.光学均匀性结果表明样片内部无柱锥交界线,对于大口径70%DKDP晶体的生长具有指导意义.     

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<正>《人工晶体学报》(中文核心期刊、EI核心期刊),是由中材人工晶体研究院有限公司主办,《人工晶体学报)编辑委员会编辑出版的我国专门刊登人工晶体材料这一高新技术研究领域成果的学术性刊物。《人工晶体学报》以论文和简报形式报道我国在晶体材料:半导体材料、光电子材料、压电晶体材料、纳米材料、薄膜材枓、太阳能电池材料、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信息。