紫外非线性光学晶体三硼酸铯的生长和性能

采用泡生法和提拉法生长出三硼酸铯(化学式CsB3O5,简称CBO)晶体,研究了晶体生长工艺条件及晶体生长形态.泡生法生长的CBO晶体的尺寸为40mm×25mm×25mm;生长过程中晶体转速为10～20r/min,降温速率为0.1～0.2℃/d.用提拉法生长出20mm×30mm的CBO晶体;生长过程中液面温度梯度为60℃/cm,提拉速度为8mm/d.在生长过程中Cs2O的挥发速度大于B2O3的挥发速度.CBO单晶的晶面由[011]斜方柱和[010]斜方柱单形组成,属于[011]单形是4个较大的面,属于[101]单形是4个较小的三角形晶面.CBO在紫外波段具有较大的有效非线性光学系数.利用CBO进行Nd∶YAG激光和频获得了高转换率的波长355nm及266nm相干光输出.     

四硼酸铅晶体生长及特性研究

本文采用熔体法生长出四硼酸铅透明大单晶,最大尺寸为54mm×46mm×10mm.对它的结晶学特性进行了研究,晶体形态为沿a-c晶面延伸的厚板状;晶体的质量与生长时引晶方向有关,当(010)晶面平行于液面时,晶体生长均匀,缺陷减少.该晶体的莫氏硬度为8～8.5,化学性能稳定.晶体生长时无挥发物产生,因而减少其对环境的污染.本文测试了PbB4O7晶体的熔点、透光性、热扩散物理性质,并首次定性测试了它的非线性光学性能,其倍频信号强度与KDP相当.     

CuCl2·2H2O晶体聚集体形貌及晶体模型的建立

本文通过斜方晶系水溶性晶体CuCl2·2H2O的生长实验,得到了晶体聚集体,观察了结晶形貌,探讨了该晶体聚集体形貌中蕴含的结晶学规律,建立了该晶体在理想情况下的聚集体的结晶学模型.在该模型中,晶体生长方向为[001],发育晶面为(100)、(010)和(110),形成聚集体形貌时晶体结合的共格晶界分别为(012)与(0 10 1)、(103)与(120 1)和(112)与(991)或(113)与(1313 1).试验观察验证了模型的正确性.     

铁电铌酸钾锂晶体的生长

用电阻加热引上法生长了不开裂、全透明的具有倍频性能的铌酸钾锂(KLN)晶体.研究了影响晶体开裂的主要因素和晶体生长的稳定性.发现用引上法生长KLN晶体时,要得到全透明、不开裂的KLN晶体,熔体中Li2O的含量应该低于26.5mol;,拉速应低于0.5mm/h,以及生长过程中应该选择凸的固液界面以保证晶体生长的稳定性.在Li2O含量较高的熔体中生长KLN晶体时,[100]取向的籽晶比[001]取向的籽晶更有利于晶体生长.用由Li2O含量为26mol;的熔体中沿[100]取向生长的KLN晶体对Ti:Al2O3激光器输出的820nm的激光倍频,获得410nm的蓝光输出.     

铜单晶的定向方法研究

采用改进的垂直布里奇曼法生长出外观完整、表面光滑、尺寸为φ15 mm×35 mm的Cu单晶体,报道了一种铜单晶定向的新方法.将生长出的铜晶锭在浓度为40;的硝酸溶液中浸蚀10 min左右,晶锭表面出现取向一致的反光面,用激光正反射法对其表面的反光面进行初步定向,再参照X射线衍射回摆谱对晶面进行修正,得到了铜晶体的(111)、(200)和(220)晶面,进而得到任意所需的晶面.该方法对于制作铜单品器件具有重要参考价值.     

不同晶面单晶铝纳米压痕测试及有限元模拟

采用纳米压入法对单晶铝(100)、(110)、(111)晶面进行力学性能分析,结合实验得到荷载-位移曲线,利用连续刚度技术获得单晶铝的弹性模量和硬度.结果表明:单晶铝具有良好的塑性性能,不同晶面的塑性能力从大到小依次为(110)晶面、(111)晶面、(100)晶面.材料弹性模量和硬度变化趋势一致,不同晶面弹性模量和硬度的大小关系为:(110)晶面＞(111)晶面＞(100)晶面.由于晶体变形时发生位错形核与发射,导致荷载-位移曲线在压入初期表现出位移爆发现象.同时运用ABAQUS有限元软件,使用单晶各向异性本构模型定义材料属性,对不同晶面的单晶铝进行仿真模拟,通过反复对比实验与模拟所得的荷载-位移曲线得到不同晶面各向异性的相关材料参数,并分析得出了最大压深时的正应力、剪应力及残余压痕分布的对称性.     

大气开放式MOCVD氧化镁薄膜的生长及表征

以2,4-乙酰丙酮化镁为前驱体,衬底温度为480℃,采用MOCVD工艺,分别在玻璃、氧化铝陶瓷、单晶Si(111)和Si(100)衬底上生长了取向生长的氧化镁薄膜。X射线衍射结果表明,无论是采用玻璃、氧化铝、单晶Si(111)和Si(100)衬底,氧化镁薄膜都是沿着(100)晶面取向生长。通过扫描电镜观察得到,在单晶Si(100)衬底上生长的氧化镁薄膜表面平整致密。模拟卢瑟福背散射结果显示,沉积时间超过70min时,界面处发生硅向氧化镁层少量扩散现象。     

电子背散衍射花样的数学特征

电子背散衍射(EBSD)花样揭示了材料的物相成分、晶体结构、晶粒取向、晶粒大小和晶界的信息。EBSD花样非常复杂,通常需要借助专门的计算软件才能解析。本文系统地研究了EBSD花样的数学特征,建立了任意晶体取向与EBSD花样之间的数理关系,推导了面心立方、体心立方和六方晶体的基本晶带轴的理论EBSD花样的数学特征,以及面心立方晶体的(001)<110>取向和(001)<100>取向的理论菊池(Kikuchi)花样特征。在实测EBSD花样的分析中与各晶系各点阵的基本晶带轴的理论EBSD花样特征比较,即通过图像特征对比,就可以直接确定实测EBSD花样所属的晶系、点阵和Kikuchi线交点对应的晶带轴[uvw],再由基本晶带轴的坐标计算出晶体取向,还能提供基本晶面信息,如原子密排晶面在样品中的空间分布,这有利于晶体的变形或生长机理研究。EBSD为单晶芯片质量检验提供了新方法。     

AlN单晶生长行为研究

本文采用物理气相传输法对不同衬底温度和温差下制备的氮化铝(AlN)晶体形貌进行研究,研究结果表明AlN晶体生长受到AlN晶面表面能、Al基元平均动能和AlN晶体表面极性的共同影响.当温差为60℃时,AlN晶体(0001)面生长速率小于(10-10)面,AlN以带状形式生长.将该工艺应用于AlN同质生长中,研究结果表明:温差为60℃时AlN晶体(0001)面呈现畴生长模式,该晶体质量最差;温差为35℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶流生长模式,该晶体质量最优;温差为20℃时AlN晶体(0001)面呈现台阶簇生长模式,该晶体容易开裂.通过工艺优化最终获得了直径为40 mm AlN单晶衬底,完全满足器件制备需求.     

热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge 薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析.结果表明:在衬底温度200 ℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0 cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04 cm-1.结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300 ℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3 cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220).研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法.