晶体生长时的固液相结构变化分析

晶体的溶解、熔化以及结晶成核生长时的固液相原子结构是怎样变化的,晶体生长时的生长基元是原子还是原子团.本文根据各种材料液相结构的最新研究结果,提出不饱和配位结构转换模式,并以此模式对各种常见晶体材料从溶解、熔化到结晶生长时的液态母相结构变化以及晶体成核过程进行了描述和分析,认为晶体生长时的界面结构和液相结构十分接近,溶解、熔化主要是晶体表面的不饱和配位原子(离子)转换到液相结构的过程,晶体生长主要是液相中的不饱和配位原子(离子)转换到固液生长界面的位错位置,使配位结构更饱和的过程.随着液相过饱和度的增大,液相结构单元的原子数越来越多,吸附到晶体生长界面若来不及转换回液相,就形成新的位错生长中心,形成晶体生长缺陷.     

SnSe热电半导体晶体生长技术创新进展

SnSe晶体是一种新型低成本环境友好型热电半导体材料,近几年已成为国内外研究的热点.为了获得SnSe晶体,目前国际上主要采用垂直布里奇曼法和垂直梯度凝固法两种技术进行生长.然而该材料因具有独特的层状结构和复杂热膨胀特征,其在晶体生长过程中极易发生解理开裂,导致难以获得大尺寸晶体.为了解决高完整SnSe晶体制备难题,本团队在材料体系相图及热重分析指导下,近年来先后开发出了气相法、水平熔体法以及水平液封法等多种晶体制备技术,均成功获得了较大尺寸的SnSe晶体材料.本论文从工艺原理、技术要点、晶体生长结果等多方面对相关技术创新情况予以介绍,并将它们的优缺点进行了对比.综合评价认为水平液封法在获取高完整SnSe晶体及性能调控方面具有显著优势,未来将逐渐成为一种广受欢迎的技术.     

Ⅲ-Ⅵ族InSe半导体晶体生长研究进展

Ⅲ-Ⅶ族InSe晶体是一种非常重要的化合物半导体材料，在高性能纳米电子器件、红外光探测、光电器件及柔性电子等领域有广泛应用。本文简要介绍了In-Se相图的发展历程，InSe具有非一致熔融特性，可通过包晶反应从准化学计量比或非化学计量比溶液中析晶获得，其中In/Se摩尔比对InSe转化率有重要影响。迄今，垂直布里奇曼法、提拉法、水平梯度凝固法、低温液相法及气相输运法等多种技术被成功用于制备InSe晶体。为全面了解InSe晶体生长的历史和现状，本文从工艺原理、技术要点、晶体生长结果等方面将国内外相关工作进行了梳理，并对各种方法的优缺点进行了比较。研究分析表明垂直布里奇曼法因对设备要求简单，操作简易，现已成为制备高质量大尺寸InSe晶体的主流技术；水平梯度凝固法则在ε型InSe晶体生长方面颇具特色，未来可在新材料性能研究与应用探索上与垂直布里奇曼法形成一定补充。     

冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶生长过程的模拟分析

利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)蓝宝石晶体生长过程.结合晶体直径变化、裂纹出现位置与延续方向、晶体透明性等实验现象,通过与提拉法、温梯法、坩埚移动法等相对比,分析了冷心放肩微量提拉法晶体生长各阶段的工艺特点,并根据模拟计算结果对晶体生长系统和晶体生长控制工艺进行了改进.分别利用增大热交换器的散热参数、降低加热温度、改进降温曲线、调节外加轴向和径向温度梯度的方式来实现对晶体生长的引晶、放肩、等径和收尾控制.通过实验比较证明了改进后的晶体生长系统和晶体生长控制工艺能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体.     

提拉法晶体生长数值模拟研究进展

数值模拟方法是了解晶体生长过程中各种物理现象和问题的重要手段,可以为晶体生长工艺参数的设定、温场设计等提供参考.本文介绍了最近几十年来数值模拟技术对提拉法生长晶体过程中物理问题的研究进展,同时对晶体生长过程中界面形状、液流、速度场、温度场、各种输运过程以及工艺条件和参数对晶体生长的影响等的数值模拟进行了介绍.     

晶体人生丨介万奇:辐射探测半导体晶体拓荒者

介万奇教授是我国人工晶体领域著名专家,在晶体生长与凝固技术方面取得了诸多令人瞩目的成就,尤其在室温核辐射探测用CdZnTe晶体的生长、器件制备及其产业化方面成绩显著。本次访谈中,介万奇教授从学科发展角度和国家实际需求出发,简要回顾了自身如何与功能晶体结缘,介绍了近些年带领团队在Ⅱ-Ⅵ族半导体晶体生长理论、工艺技术及应用等方面取得的进展。着重阐述了室温核辐射探测器用碲锌镉(CdZnTe)晶体的重要价值,以及半导体晶体在辐射探测领域的应用前景与挑战,并结合自身实践进一步分享了对做科研和做产业、基础理论和工程应用之间不同的理解与认识。针对我国晶体材料未来的发展,建议科研人员可多从物质新性能或新机理角度开展研究,这将对探索新材料有重要参考。     

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。     

LnX3型稀土卤化物闪烁晶体的闪烁性能

本文简要综述了LnX3型稀土卤化物闪烁晶体的发展历史与研究现状,对几种常见晶体(CeF3,LaF3,LuCl3,LaCl3,LuBr3,LaBr3)的物理、化学性质、晶体生长及闪烁性能等进行详细总结归纳,同时指出了当前具有优异闪烁性能的LaCl3:Ce和LaBr3:Ce晶体亟待解决的问题、未来的发展方向及其广阔的应用前景.     

LED用硅掺杂GaAs晶体的生长与表征

采用坩埚下降法生长了LED用硅掺杂<511>取向的GaAs晶体.选用带籽最槽的PBN坩埚作为生长容器,密封在石英安瓶中以防止生长过程中As蒸汽挥发.研究了掺杂工艺、固液界面形貌和生长缺陷.结果表明:孪晶化是硅掺杂GaAs晶体生长的主要问题.探讨了孪晶形成机理,优化了生长工艺,成功获得了直径2英寸高质量的硅掺杂GaAs晶体,双摇摆曲线显示所得晶体的FWHM为40 arcsec.     

壳熔法生长技术及其应用

壳熔法是利用高频感应电源加热使原料内部熔化并由水冷系统在其外围形成硬壳作为坩埚的一种晶体生长技术,特别适合于高温和难熔晶体的生长.本文介绍了壳熔法晶体生长原理和特点,综述了壳熔法生长立方氧化锆晶体的研究进展,探讨了壳熔法的其它工业应用,包括高温合金的铸造、核废料的处理、多晶硅的制备等.     

高质量GdxY1—xCOB晶体生长及其1．064μm二、三倍频非临界相位匹配性质

本文介绍了高质量非线性光学晶体GdxY1-xCa4O(BO3)3(GdYCOB)的生长,在这类晶体的Y向实现了1．064μm激光的Ⅱ类二倍频（SHG）和Ⅰ类三倍频（THG）的非临界相位匹配（NCPM）;在x=0.20的晶体中实现倍频NCPM,基频输入功率为110mW时,输出的532nm绿光为40.3mW,转换效率达36．7％,在x=0.22的晶体中实现三倍频的NCPM,输入功率为133mW时,输出的355nm紫外光为19.7mW,在输入功率为80mW时,转换效率为21％。     

离子晶体生长机理及其生长习性

从阴、阳离子在界面上互相配位的角度介绍了一种新的微观生长机理模型,指出了生长基元进入晶格的驱动力为离子之间的静电引力,其相对大小由各界面上离子的静电键强近似测定.讨论了完好晶体(如ZnS、CsCl、PZT和PbWO4晶体)的生长习性.提出了一种新的生长习性判定法则.即当晶体生长由台阶产生速度决定时,晶体的生长习性与晶体中络合能力最小的离子在各界面上的配位数有关.在界面上离子的配位数越小,该晶面的生长速度越快.当晶体的生长速度由台阶移动速度决定时,晶体的生长习性与晶体中络合能力最小的离子在界面上的密度有关.在界面上离子的密度越小,该晶面的生长速度越快.     

Growth Rate Effects during Indium-Antimony Crystal Growth

Local interface velocities are tracked radioscopically in the III-V semiconductor compound indium-antimony grown in a vertical Bridgman-Stockbarger furnace. Comparisons are made of interface velocities from five different compositions (40, 49, 50, 55, and 60 at.% Sb). Under specific growth conditions, the growth velocity for stoichiometric melts was comparatively constant and very close to the translation velocity. Measured chemical homogeneity was excellent, though polycrystallinity could occur when concentration boundary layers formed ahead of the interface. Off-stoichiometric melts exhibited initial supercooling, resulting in transient interface velocities and polycrystallinity. The observed supercooling is governed by chemical segregation in the melt. Thus, local growth velocity fluctuations are unambiguously attributed to a coupling of ompositional effects in the melt and crystal facetting kinetics.     

β′—钼酸钆晶体的生长与畴结构观察

用提拉法生长了质量较好的铁电－铁弹β′－G 2(MoO4)3晶体,研究了晶体中包裹物的形成原因及晶体转速,提拉速度,温度梯度等对包裹物的影响,分析了晶体开裂的类型及克服的方法。指出了用提拉法生长高质量β′－Gd2(MoO4)3晶体的合适工艺参数。用偏光显微镜对晶体中的畴结构进行了观察,发现样品中存在宽畴和组畴两种类型,结合同一样品,减薄实验确定了晶体中的宽畴为铁电畴,细畴为铁弹畴。     

RbTiOAsO4晶体中的生长缺陷和生长机制

采用溶盐法生长了大尺寸ＲｂｉＯＡｓＯ４晶体。利用同步辐射形貌术和化学腐蚀法，研究了ＲｂＴｉＯＡｓＯ４晶体中的生长缺陷。发现该晶体中的生长缺陷主要生长位错和生长扇界。大部分位钷沿「１００」方向，Ｂｕｒｇｅｒｓ适量为「００１」。在扫描电镜下，对原生ＲｂＴｉＯＡｓＯ４晶体的表面形态进行了观察，根据其表面二次电子像的特征，对不同晶面的生长控制机制进行了讨论。     

底部籽晶法:一种高温溶液晶体生长新方法

为了从高温溶液中生长非一致熔融的单晶材料,发展了一种叫做"底部籽晶法"的新生长方法.通过设计大的垂直温度梯度,解决了助熔剂或高温溶液对籽晶的侵蚀问题;采用后加热系统,有效地控制了晶体的开裂.采用底部籽晶法,成功地生长了新型弛豫铁电晶体(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(0≤x≥0.2)、近化学计量比LiNbO3晶体以及非线性光学晶体铌酸钾锂K3Li2-xNb5+xO15+2x(0相似文献   

工业晶体生长

本文考察了一些典型的晶体材料及其工业生长技术,如提拉法生长硅单晶,水热法生长水晶,VGF法生长GaAs,下降法生长锗酸铋,壳熔法生长锆石等,探讨了工业晶体生长的特点和发展方向.     

晶体生长溶液、熔体结构与生长基元

根据喇曼光谱、红外光谱测试了晶体生长的水溶液、溶剂和熔体的结构,并且在水热条件下进行了外加直流电场的实验,证实了晶体生长基元为负离子配位多面体,在不同的温度和溶液浓度条件下,负离子配位多面体相互联结成不同结构形式和不同维度的生长基元(聚集体),不同维度的生长基元往晶体各个面族上的叠合速率是各不相同的,表现在同一种晶体在不同的生长条件下,其结晶形态可以各不相同,由此进一步阐述了负离子配位多面体生长基元理论模型的合理性.     

激光加热基座技术生长超细单晶光纤研究

单晶光纤(SCF)是具有纤维结构的“准一维”功能晶体材料,在高能激光、高温传感、辐射探测、信息通信等国防民生领域展现出了巨大的应用前景。本文采用激光加热基座技术成功制备出直径60~100 μm、长径比>6 000∶1的超细Al₂O₃、YAG单晶光纤,单晶光纤平均直径起伏<4%,展现出良好的柔韧性与波导特性,为单晶光纤器件的小型化与集成化创造了条件。     

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.