铽镓石榴石单晶的生长、表征及其挥发机理研究

使用预先烧结好的多晶原料,在一定比例的N2和CO2混合气氛下,采用提拉法生长出了高质量的铽镓石榴石(TGG)单晶.采用XRD、ICP和热力学计算进行分析,结果表明,晶体生长过程中的挥发机制为Tb3Ga5O12的分解,分解产物为Tb3 GaO6,Ga2O和O2.CO2被Ga2O还原产生O2,抑制了Tb3Ga5O12的分解.TGG单晶的化学分子式存在Tb富集或Ga缺失,为Tb3Ga4.4～4.5O11.1～11.3非化学计量比相.将晶体毛坯加工成φ2.8 mm×10.7 mm的晶棒,消光比测试结果表明镀增透膜后消光比平均可提高18.8 dB.     

三坩埚提拉法生长铽镓石榴石单晶研究

采用三坩埚提拉法生长出高质量铽镓石榴石(Tb3Ga5O12,TGG)单晶,晶体尺寸为φ25 mm×40 mm.通过X射线衍射、双晶衍射分析讨论TGG单晶的晶体结构和单晶性,并采用He-Ne激光费尔德常数测试装置测定TGG单晶的费尔德常数.结果表明:采用三坩埚提拉法生长的TGG单晶具有＜111＞取向、强度高,双晶摇摆曲线半峰宽为17 s;晶体在632.8 nm处的费尔德常数为0.553 min/cm·Oe.     

高质量硼掺杂单晶金刚石同质外延及电学性质研究

突破高质量、高效金刚石掺杂技术是实现高性能金刚石功率电子器件的前提。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以三甲基硼为掺杂源,制备出表面粗糙度0.35 nm,XRD(004)摇摆曲线半峰全宽28.4 arcsec,拉曼光谱半峰全宽3.05 cm^-1的高质量硼掺杂单晶金刚石。通过改变气体组分中硼元素的含量,实现了10¹⁶~10²⁰ cm^-3的p型金刚石可控掺杂工艺。随后,研究了硼碳比、生长温度、甲烷浓度等工艺条件对p型金刚石电学特性的影响,结果表明:在硼碳比20×10^-6、生长温度1 100 ℃、甲烷浓度8%、腔压160 mbar(1 mbar=100 Pa)时p型金刚石迁移率达到207 cm²/(V·s)。通过加氧生长可以提升硼掺杂金刚石结晶质量,降低杂质散射。当氧气浓度为0.8%时,样品空穴迁移率提升至 614 cm²/(V·s)。     

ZnSe单晶生长及性能研究

采用物理气相输运法对ZnSe(4N)多晶原料在850℃±10℃进行提纯,再用高压坩埚下降法在1530℃、氩气保护气氛下生长出高质量ZnSe单晶体.研究了提纯过程温度的选择以及氧含量和压力对于晶体生长的影响.对生长出的单晶体进行均匀性测试表明ZnSe单晶完整性和均匀性良好.对ZnSe单晶进行光学性能测试分析表明ZnSe单晶的折射率高,吸收系数低,红外透过率大于70;.     

Growth and Properties of Trigonal Aluminium Gallium Orthophosphate Single Crystals Al1-xGaxPO4

The new piezoelectric solid solution aluminium gallium orthophosphate single crystals have been successfully developed for the first time in our laboratory by hydrothermal method. It has been demonstrated that these crystals are homogeneous, and isomorphous with AIPO₄ and GaPO₄. The solid solution crystals Al_1-xGa_xPO₄ are easy to grown and have better optical quality than those of AlPO₄ crystals under the same conditions. A phase transition temperature T_α-β is 587 ± 3 °C for x = 0.12. Cell parameters, and elastic, piezoelectric, and dielectric constants are given.     

狄拉克材料CaMnBi2的单晶制备与物理性质研究

采用高温助溶剂方法制备出各向异性狄拉克材料CaMnBi2的高质量大尺寸单晶样品.综合运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能量色散X射线光谱仪系统(SEM-EDX)、综合物性测量系统(PPMS)等测试手段对CaMnBi2高质量单晶样品的晶体结构、化学成分、电学、磁学和热学性质进行了系统的研究.结果表明:CaMnBi2的晶体结构是由MnBi(1)四面体层、Ca原子层以及Bi(2)四方格子层构成,它们按照MnBi(1)-Ca-Bi (2)-Ca-MnBi(1)的顺序沿c轴方向堆垛形成“三明治”型层状结构;这些不同的结构层对物理性质有不同的作用,其中Bi(2)四方格子层对电输运性质和狄拉克电子起主要作用,而MnBi(1)层中Mn2+对磁学性质的起着决定作用.这两个功能层的共同作用下该材料具有层状准二维电子系统的典型特征,并且表现出金属反铁磁(TN=270 K)行为.     

点籽晶法快速生长中等口径KDP单晶及其性能表征

本文使用德国MERCK公司生产的KDP原料和自行研制的晶体快速生长装置,采用点籽晶快速生长法成功生长出了150 mm级中等口径的KDP单晶,晶体生长速度达到20 mm/d.晶体生长过程中,生长溶液稳定,没有杂晶出现,生长的晶体完好且透明.X射线粉末衍射和摇摆曲线分析表明晶体有着较好的结构完整性;同时,测试了晶体的透过光谱和光损伤阈值,发现快速生长的晶体有着较好的光学性能.     

狄拉克材料BaMnBi2的单晶制备和物理性质研究

在本工作中,我们成功制备了层状过渡金属磷族化合物BaMnBi2单晶样品,并研究了该化合物的磁学性质和电学输运性质.准二维化合物BaMnBi2具有四方晶体结构,主要包含有两个Bi四方格子层和一个共边的MnBi4四面体层.磁化率显示BaMnBi2在TN ＝288 K以下发生反铁磁相变,并表现出很强的磁各向异性.在反铁磁相变温度TN 以上,磁化率随温度呈线性关系,暗示体系在顺磁态具有很强的反铁磁关联.电阻率随温度变化曲线和在磁场下电阻率随角度的变化曲线都表明BaMnBi2具有准二维的电子结构.磁场导致的金属-绝缘体转变和低温下大的非饱和线性磁阻,与Bi四方格子层存在狄拉克费米子是一致的.     

掺铈钒酸钇晶体的生长及光学性质的研究

报导了采用提拉法生长的高质量的掺铈钒酸钇(Ce:YVO4)晶体,其中Ce3 离子的掺杂浓度为1.0%原子分数。对加工好的掺铈钒酸钇晶片进行了吸收光谱和荧光光谱的测量。三个吸收峰的中心波长分别在473nm、557nm和584nm。400~600nm的发射带包含两个发射峰,其中心波长分别在424nm和469nm处。文章从能级结构上对Ce:YVO4晶体光谱的产生机制进行了讨论。     

Growth and Optical Properties of Tm:GdVO4 Single Crystal

Thulium-doped gadolinium vanadate (Tm:GdVO₄) single crystal has been successfully grown by a modified Czochralski (CZ) technique. Effective distribution coefficient of Tm was determined to be 0.74. Absorption characterization was performed in the 800 nm region and the maximum absorption peak was found at 799 nm for p polarization. Fluorescence spectra for tuning at the maximum absorption were obtained around 1.8-2.0µm region with 100 nm bandwidth. This suggests that a Tm:GdVO₄ crystal is expected as a new promising LD pumped solid-state laser in the 2µm region.     

狄拉克材料SrMnBi2的单晶制备与物理性质研究

在真空密封的石英管中运用高温助溶剂方法制备出各向异性狄拉克材料SrMnBi2的高品质单晶样品.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能量色散X射线光谱仪系统(SEM-EDX)、磁性测量系统(MPMS)和综合物性测量系统(PPMS)等多种测试技术手段综合研究了高品质SrMnBi2单晶样品的晶体结构、化学组成、电学和磁性等性质.结果表明:狄拉克材料SrMnBi2在晶体结构上是一个典型的层状结构化合物,物理性质上是一个反铁磁(TN=290K)金属,具有狄拉克材料的典型特征.     

高质量CdSe单晶生长及其OPO性能研究

本文利用有籽晶的HPVGF法生长了尺寸为φb54 mm× 25 mm的高质量CdSe单晶,晶体为纤锌矿结构,(002)和(110)面的XRD摇摆曲线半高宽分别为54.4"和45.6".使用红外显微镜和扫描电镜-能谱分析仪对晶体内部的夹杂相进行测试,表明晶体内部存在小尺寸富Se夹杂相.CdSe晶片在2.5～20 μm范围内的透过率高于68;,平均吸收系数为0.037 cm-1.制备出尺寸为10mm×12 mm×50mm且满足第Ⅱ类相位匹配条件的CdSe晶柱,在重频1 kHz,波长2.09 μm的Ho∶ YAG调Q泵浦源激励下,实现了中心波长为11.47 μm,线宽为33.2 nm的激光输出,最大输出功率为389 mW.     

Sr2+对GdVO4晶体生长和拉曼性能的影响

本文报道了Sr2+离子掺杂对GdVO4晶体生长和拉曼性能的影响.SrxGd1-xVO4晶体粉末经X射线粉末衍射分析,其结果仍属四方晶系,具有锆英石结构.实验表明,高掺杂浓度时,Sr2+离子不易取代Gd3+离子进入GdVO4晶体的晶格,易导致SrxGd1-xVO4晶体开裂和产生包裹体.XPS实验证明,SrxGd1-xVO4晶体中钒元素为+5价.同时测试了常温下SrxGd1-xVO4晶体的拉曼光谱,发现随着Sr2+离子浓度增加,在884cm-1处的VO4反对称伸缩振动逐渐增强,表明Sr2+离子的掺入影响了GdVO4晶体的拉曼性能.     

Growth of Gallium Orthophosphate Single Crystals under Hydrothermal Conditions

Gallium orthophosphate (GaPO₄) single crystals have been grown from phosphoric acid solutions under hydrothermal conditions. The crystals have been studied in terms of twinning because of the strong effect of this structural defect on the piezoelectric properties. The growth rates of individual faces have been compared to each other by considering the dipyramidal habit of the grown crystals.     

高温超导衬底材料SrLaAlO4晶体的生长及特性

用提拉法生长了不开裂的高温超导衬底材料SrLaAlO4晶体,晶体尺寸为(25～30)mm×(50～60)mm.该晶体具有K2NiF4型结构,晶格常数为a=0.375nm,c=1.263nm.生长的晶体颜色随着生长时炉膛内氧气氛的含量的增加而逐渐加深.测量了晶体的室温下的介电常数及介电损耗分别为20及8×10-4.     

Ce,Sm共掺YAG单晶的生长及其光电性能的研究

采用提拉法生长了不同Sm3+掺杂浓度的Ce,Sm∶ YAG单晶.通过XRD、吸收光谱、荧光光谱对Ce,Sm∶ YAG单晶的晶相、光学特性进行了表征,利用LED快速光谱仪对所封装的LED光源的色坐标、光效、显色指数等特性进行了分析,结果表明采用提拉法生长的Ce,Sm∶ YAG单晶的主晶相为YAG晶相,且随着Sm3浓度的增加,YAG晶相结构并未发生改变;光谱中红光发光强度增加,白光LED显色指数提高;当实际浓度为0.31wt;,切片厚度为0.2 mm时Ce,Sm∶ YAG单晶样品体现了较好的光电性能,其光效为98.837 lm/W、显色指数71.1,可以满足商用白光LED的要求.     

HPVB法生长的CdSe单晶性能研究

采用有籽晶的高压垂直布里奇曼法(HPVB)生长了直径35 mm的大尺寸CdSe单晶.使用X射线衍射仪测试了晶体的结晶质量,结果表明生长的晶体为纯六方相CdSe单晶,(002)晶面的摇摆曲线峰型尖锐且对称性好,峰值半高宽(FWHM)可达0.082°.使用辉光放电质谱法(GDMS)、霍尔效应测试、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对晶体生长轴向的微量杂质含量及分布、电学性能和光学性能进行测试和分析,结果表明微量杂质在晶体轴向方向呈现出不同的分凝特性,杂质的不均匀分布影响晶体的电学性能和光学性能.晶体呈现出较高的电阻率(108Ω· cm)和优良的红外透过性能,在8~12 μm范围内平均透过率约为70;,吸收系数小于0.058 cm-1.     

Growth,Ferroelectric Properties,and Phonon Modes of YMnO3 Single Crystal

YMnO₃ single crystals were grown by flux method and plate‐like single crystals with the c‐axis perpendicular to the surfaces were obtained. The maximum size of these crystals was about 2 × 2 × 0.07 mm³. Ferroelectric properties were measured at various frequencies and abnormal behavior at the low frequencies were observed and discussed using non‐linear current‐voltage behavior. Raman and IR spectra were obtained, and those results were compared with previous work.     

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。     

Si4+共掺杂Yb∶YAG单晶生长和光谱特性研究

利用提拉法生长了Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG单晶,该晶体属于立方晶系,O_h¹⁰-Ia3d空间群。掺杂的Si⁴⁺没有改变YAG的晶体结构,但是影响了发光离子的价态。吸收光谱表明Si⁴⁺的引入使得Yb²⁺含量增多,这是由于Si⁴⁺引入了过量的电荷,为满足电价平衡,Yb³⁺转换为Yb²⁺。Yb²⁺的出现降低了Yb∶YAG的发光强度。稳态X射线激发发射光谱结果表明Si⁴⁺共掺杂Yb∶YAG晶体的发光强度是Yb∶YAG的63%,γ射线激发下的光产额降至原来的40%。此外,由于原料中含有多种Yb的同位素,Yb∶YAG除了可以被X射线、γ射线激发出荧光外,还可以与中子发生核反应产生带电粒子,进而引起次级反应产生荧光。荧光的产生仍然由Yb³⁺决定,因此,Si⁴⁺掺入也降低了中子探测灵敏度。