三维运动下KDP晶体生长过程中的应力分析

作为一种新型溶液晶体生长方式,“三维运动生长法”能够快速生长高质量大尺寸的KDP晶体.为了了解KDP晶体在三维运动生长过程中晶体内部的应力状态,本文采用有限元法对三维运动下KDP晶体生长过程中的应力分布进行了计算.结果表明,掣晶杆顶端附近以及晶面和掣晶杆交接处存在明显的应力集中,主应力较大,是晶体生长过程中的易开裂点.增加掣晶杆直径,使用圆头掣晶杆和降低三维运动过程中的加速度能够降低晶体内部的最大主应力,减小晶体在生长过程中开裂的机率.     

KDP晶体缺陷对线锯切割应力分布的影响

KDP晶体生长缺陷是导致其锯切开裂的重要原因.本文采用有限元法建立了含缺陷的KDP晶体线锯切割数值计算模型,仿真分析了锯切过程中缺陷附近的应力分布状态,研究了缺陷尺寸及分布位置对应力分布的影响.结果表明,晶体缺陷引起局部应力集中,锯切过程中应力集中系数保持稳定,但当锯口通过缺陷时,应力集中系数激增.锯口处也存在应力集中,当锯口靠近缺陷时,两种应力集中的耦合效应增强,缺陷处最大拉应力增大;锯切至缺陷处时,耦合效应最强,最大拉应力增大到最大值.缺陷距离切除层越近,锯切过程中缺陷处最大拉应力的变化越剧烈;锯切末段切除层中的缺陷处具有更大的最大拉应力.     

KDP晶体杂质对生长及出槽应力分布的影响

KDP晶体中的杂质易导致其开裂.本文采用有限元法分析了不同属性、尺寸、形状的晶体杂质对大尺寸KDP晶体生长及出槽应力分布的影响.结果表明,不同属性的杂质对晶体生长应力和出槽应力分布具有不同程度的影响.杂质附近的生长应力与杂质的弹性模量呈正向变化;杂质附近的出槽应力与杂质和晶体的热膨胀系数之差呈正向变化;杂质的尺寸越大,形状越尖锐,杂质附近的生长应力和出槽应力均增大.     

过饱和度对KDP晶体生长与光学性能的影响研究

在不同过饱和度的溶液中生长了KDP晶体,对生长晶体的透过率,光散射和激光损伤阈值进行了表征.研究了不同过饱和度对KDP晶体生长及光学性能的影响.实验表明:KDP晶体可以在高过饱和度(σ＞3;)溶液中实现快速生长,生长速度可大于10 mm/d;但随着溶液过饱和度的增加,KDP晶体生长溶液的稳定性降低,晶体容易出现包藏、开裂和添晶等缺陷,晶体的光学性能也随之降低.     

pH值对KDP晶体溶解度和溶液稳定性的影响

测定了不同pH值(2.0～5.5)生长溶液中KDP晶体(KH2PO4)的溶解度曲线,实验结果表明:随着生长溶液pH值的改变,KDP溶解度明显增大.讨论了KDP晶体溶液pH值、溶液组成和溶液饱和点温度三者之间的关系.进行了高pH值(3.8～5.6)KDP生长溶液的稳定性实验,发现高pH值生长溶液中的临界成核半径rC增大,溶液的稳定性提高.在不同pH值溶液中进行了晶体生长实验,探讨了不同pH值生长溶液中配合物对KDP晶体生长习性的影响.     

KDP晶体的点状籽晶法生长及其缺陷研究

研究了溶液Ph值对KDP晶体生长形态的影响,进行了晶体生长实验和参数对比.以提高溶液Ph值为主要手段在低过饱和度下进行KDP晶体点状生长.对点状法生长的晶体进行了缺陷分析,测定了晶体不同区域的金属离子含量并进行了对比分析.实验表明溶液Ph值对晶体各向的相对生长速度有显著的影响.在Ph=5.0、低过饱和度(σ＜0.02)条件下生长出50×50×50mm3的晶体.     

KDP晶体中铝取代钾点缺陷第一性原理计算

为了明确Al3+在KDP晶体生长过程中对光学性质和力学性质的具体影响,采用第一性原理计算程序包VASP软件计算并分析了Al取代K对KDP晶体的晶体结构、电子能态密度和光学性质,并同理想KDP晶体进行对比研究.结果表明,KDP晶体中Al取代K的缺陷形成能为0.974 eV,并且Al替位K点缺陷引起的晶格畸变非常微弱,缺陷比较容易形成. Al取代K后晶体能带中价带顶附近的态密度发生了变化,并且带隙中存在缺陷能级,取代后KDP晶体的带隙宽度减小为4.37 eV,缺陷增加了KDP晶体对可见到紫外波段的光子吸收,影响KDP晶体光学质量及其激光损伤性能.计算力学性质发现,Al替位掺杂KDP晶体比理想KDP晶体的杨氏模量增加了,这会减弱晶体抗激光损伤能力.     

大尺寸KDP晶体切削开裂效应数值模拟分析研究

大尺寸KDP(KH2PO4)晶体在切割过程中容易出现开裂现象,为了研究大尺寸KDP晶体切割过程中开裂机制并提出合理切割方案,本文对大尺寸KDP晶体切削效应进行了研究.大尺寸KDP晶体切削过程中刀片与晶体之间的接触应力和切割引起的热应力是晶体切削过程中主要致裂因素,因此本文采用有限元计算方法对KDP晶体切削过程进行热力耦合数值仿真模拟.结果表明切割过程中KDP晶体与刀片之间的压力应小于4.1 MPa,切口处温差应控制在4.2℃之内,同时本文还得到了切削过程可控参数(车床推进力和刀片的线速度)的安全取值范围,该范围的提出对KDP晶体的切割技术具有十分重要的意义.     

典型阴离子杂质对KDP晶体电导特性的影响

针对KDP晶体生长过程中常出现的SO2-4,NO-3和Cl-杂质,采用传统法和快速法掺杂生长了一系列KDP晶体,研究了不同阴离子杂质掺杂对KDP晶体X和Z向的电导率的影响.结果表明,X向的电导率比Z向电导率高;未掺杂时,快速生长的KDP晶体比传统法生长的KDP晶体具有更高的电导率; SO2-4的掺杂增大了晶体在两个方向的电导率,且随着掺杂浓度的增加,晶体的电导率也相应增大;NO-3和Cl-对KDP晶体的电导率影响不大.分析认为,快速生长的KDP晶体具有更高的缺陷浓度,从而增大了晶体的电导率;SO2-4具有与PO3-4结构的相似性,从而能够取代部分PO3-4进入晶格,从而产生H+空位.H+空位的定向移动能增大晶体的电导率.而NO-3和Cl-与PO3-4结构差异较大,很难取代进入PO3-4晶格,因此NO-3和Cl-对KDP晶体的电导率影响不大.     

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.     

AgGaS2晶体生长裂纹研究

从理论和实验上对AgGaS2晶体生长中易产生裂纹甚至开裂的现象与其热应力、晶体尺寸以及温度梯度、生长速率等生长参数之间的关系进行了研究.结果表明:晶体产生裂纹甚至开裂与生长速率、坩埚旋转速率、冷却速率所造成的热应力和热应变有关.采用改进的Bridgman法成功地生长出尺寸为φ12mm×30mm无裂纹的AgGaS2单晶体,给出了制备无裂纹、大尺寸AgGaS2晶体的较佳生长工艺参数.     

二氧化碳对同质外延生长单晶金刚石内应力的影响

本文研究了在反应气体中引入不同浓度的CO₂对微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法同质外延生长单晶金刚石内应力的影响,并对其作用机理进行了分析。研究发现,随着CO₂浓度增加,单晶金刚石内应力逐渐减小,这是由于添加的CO₂提供了含氧基团,可以有效刻蚀金刚石生长过程中的非金刚石碳,并能够降低金刚石中杂质的含量,从而避免晶格畸变,减少生长缺陷,并最终表现为单晶金刚石内应力的减小,其中金刚石内应力以压应力的形式呈现。此外反应气体中加入CO₂可以降低单晶金刚石的生长速率和沉积温度,且在合适的碳氢氧原子比(5∶112∶4)下能够得到杂质少、结晶度高的单晶金刚石。     

氟化钙晶体生长的研究进展

随着深紫外光刻技术的发展,透光范围宽、透过率高的CaF2晶体成了人们关注的焦点,其尺寸和质量得到了不断的提高.结合CaF2的基本性质,综述了CaF2晶体的主要生长方法及存在的问题.从原料的纯化处理到晶体的光学加工,归纳总结了提高紫外级CaF2晶体的尺寸、质量和产率的有效措施.     

晶体生长机制和生长动力学的蒙特卡罗模拟研究

采用动力学蒙特卡罗方法,对在完整光滑界面上低过饱和度溶液中的晶体生长机制和动态过程进行计算机模拟,得到了晶体生长速率与溶液过饱和度之间的关系以及晶体生长的表面形态.对以二维成核为主要生长机制的动力学生长规律进行分析,发现了二维成核生长的生长死区以及单核生长转变为多核生长时的过饱和度临界值,讨论了热粗糙度、表面扩散、台阶平均高度以及表面尺寸对晶体平均生长速率的影响.     

提拉法生长高质量氟化镁单晶

设计了适合提拉法生长氟化镁单晶体的温场,采用提拉法成功生长出了直径100 mm的高质量氟化镁单晶.晶体内无气泡等宏观缺陷、无开裂;通过精密退火处理后,晶体透过率达到95;,平均应力双折射小于0.5 nm/cm.上述结果表明采用提拉法可以生长高质量的氟化镁单晶.     

直拉单晶硅生长时空洞演化的相场模拟

为研究大直径直拉硅生长时空洞的演化规律,建立了与有限元模型所模拟的晶体生长温度场相结合的空洞演化相场模型,并应用该模型模拟研究了空洞形貌及其分布状态的变化过程以及不同初始点缺陷浓度对空洞演化的影响规律.结果表明:直拉硅单晶生长过程中,空洞的演化经历了孕育-形核-长大-稳定四个阶段,其形貌和分布状态亦由孤立的球形向偏聚的串珠形转变;与较低的点缺陷浓度相比,初始点缺陷浓度较高时,空洞的数目、平均尺寸、面积分数普遍较大,孕育阶段缩短、形核和长大阶段延长;空洞的偏聚及合并、长大的现象显著;当温度低于980 K时,大直径的空洞数目不再增加.     

SiC籽晶表面状态对晶体质量的影响

为了研究表面状态对晶体质量的影响,本文分别采用腐蚀后抛光与未抛光的晶片作为籽晶,利用金相显微镜对所得晶体进行了显微观察,结果表明:经过腐蚀后抛光的籽晶生长出的晶体质量高于未抛光籽晶所得晶体;生长前端的位错尺寸以及数量小于未抛光籽晶,说明抛光去除了部分表面浅的缺陷腐蚀坑,同时减小深腐蚀坑的尺寸,使得籽晶生长表面的缺陷密度和尺寸大大降低,有助于减少后期生长的晶体中的缺陷密度,提高结晶质量.     

新型红外非线性光学晶体BaGa2GeSe6的生长与器件制备

钡镓锗硒(BaGa₂GeSe₆,BGGSe)晶体是由中国科学家发明的一种性能优异的新型红外非线性光学材料.目前国内未见到关于该晶体的大尺寸制备报道.本研究采用自制的双温区管式炉成功合成出BGGSe多晶,单次合成量达到400 g;采用坩埚下降法生长出大尺寸高质量BGGSe单晶,尺寸为φ30 mm×90 mm,为国内首次;通过定向、切割和抛光等处理工艺,成功制备出BGGSe晶体器件,为该晶体下一步的应用研究打下了坚实基础.     

Stress Induced Change of Electronic Structure in a Polydiacetylene Crystal

A stress induced change of phase in a single crystal of the polydiacetylene, TCDU, is observed wherein a change of electronic configuration of the polymer from a butatriene to an acetylenic electronic configuration is indicated. The stress induced phase is stable and is coexistent with the parent phase.     

大尺寸氟化钡晶体的生长

通过软件模拟设计合理的炉体温场结构,并对晶体原料的提纯及生长工艺条件进行优化,采用改进的坩埚下降法成功地制备出了大尺寸、高质量的氟化钡晶体.晶体的透过率在0.2 ～10 μm波长范围内高于85;,最高透过率约为94;.