氮化镓晶体的氨热法生长进展

GaN作为性能最为优异的第三代半导体材料,其高质量的衬底材料的研发是目前乃至近5年的研究热点,而最好的衬底材料即为GaN体单晶.在为数不多的GaN体单晶的几种生长方法中,氨热法被普遍认为是生长GaN体单晶的一种很有前途的方法.本文主要论述了在不同矿化剂生长条件下GaN晶体的氨热法生长进展,指出了存在的问题,并给出了一些解决办法.     

半导体辐射探测材料与器件研究进展

自从1895年伦琴发现X射线以来,辐射探测技术快速发展,被广泛应用于医疗影像、安检安防、工业无损检测、核安全监测、资源勘探、基础科学和空间科学等诸多领域。从探测材料和工作原理划分,辐射探测器主要可分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。本文从各类射线与半导体材料的相互作用以及半导体探测器工作原理和信号处理过程入手,探讨了不同辐射类型、不同应用需求对半导体辐射探测器的性能要求以及探测器设计要点,并按照元素族序的顺序对半导体材料在辐射探测领域的性能表现和研究进展进行了综述。     

大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉设计

NaI(Tl)闪烁体因具有探测效率高、时间特性好、受温度影响小等特点而被广泛使用。为满足高探测效率的核辐射探测器需求,需要大尺寸、高能量分辨率的NaI(Tl)闪烁体。依据NaI(Tl)晶体的生长特点,本文对大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉的主炉体、温场系统、坩埚、加热电源等部件进行研究及设计,配合大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉控制系统,采用创新的熔生法生长出直径超300 mm的NaI(Tl)闪烁体,为后续国内生长大尺寸NaI(Tl)晶体提供了方向与解决方案。     

室温半导体核辐射探测器新材料及其器件研究

本文论述了室温半导体核辐射探测器新材料及其探测器的研究发展过程和最新动态,分别介绍了几种主要室温半导体核辐射探测器新材料晶体的组成、结构、性能及其探测器的制备技术,主要应用情况.结果表明:HgI2、CdZnTe和CdSe单晶体是性能优异的室温半导体核辐射探测器新材料,用其制作的探测器,可在室温下广泛用于环境监测、核医学、工业无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和高能物理等领域.因此,近年来对大尺寸高质量HgI2、CdZnTe和CdSe单晶体及其室温核辐射探测器的研究,已成为高技术新材料领域的前沿研究课题.     

室温核辐射探测器用碲锌镉晶体生长研究进展

碲锌镉(CdZnTe,CZT)晶体被认为是目前最有前途的室温半导体探测器材料之一,基于该晶体的探测器件具有能量分辨率高、体积小、便携等优点.而大面积CZT像素探测器的快速发展以及对高能、大剂量X射线探测的需求,对CZT材料的质量和尺寸提出了更高的要求.本文从CZT晶体的基本物性参数入手,探讨了大尺寸CZT晶体生长的影响因素,对两种主要的CZT生长方法——布里奇曼法和移动加热器法的研究进展进行了综述.     

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。     

CsI(Tl)闪烁晶体研究进展

CsI(Tl)闪烁晶体光产额高于BGO晶体4倍多,辐照长度较NaI(Tl)晶体短,机械性能好,是一种优良实用的闪烁晶体材料.CsI(Tl)晶体的发光中心包括激活剂发光中心[Tl(Ⅰ)和Tl(Ⅱ)]和辐照诱导缺陷发光中心.CsI(Tl)晶体的发射谱峰值位于550nm,能与硅光二极管配合组成性能优良的探测器,广泛应用于核技术和高能物理等领域.目前主要采用坩埚下降法和连续加料法生长.本文综述了CsI(Tl)闪烁晶体的生长、缺陷、闪烁性能及其应用领域的研究与发展趋势.     

钙钛矿型闪烁晶体的研究进展

闪烁晶体材料一般可用于X射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测。经过100多年的发展,以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。随着人们对闪烁晶体材料进一步深入的研究和科技的发展,现今市面上较好的LaBr₃∶Ce等卤化物闪烁晶体由于生产成本过高、各向异性及脆性等缺点逐渐不能满足发展的需要,而钙钛矿型闪烁晶体材料由于其容易被改善的潮解性、低的生产成本、易于调整的生长条件以及良好的闪烁性能,逐步进入人们的视野。本文从晶体结构、性能、生长方法、发展趋势和应用前景等方面,着重介绍了ABX₃(A⁺为Cs⁺,B²⁺为部分碱土金属离子,X^-为非氟卤族元素离子)钙钛矿型闪烁晶体材料和K基钙钛矿结构闪烁晶体材料。最终,通过掺杂部分稀土元素和改善生长工艺等方法,即可得到光输出高、能量分辨率好,且成本较低、可广泛应用于市场的钙钛矿型闪烁晶体。     

半导体单晶生长过程中的位错研究

阐述了现有的半导体单晶位错模型,即临界切应力模型和粘塑性模型的基本理论及应用状况.分析了熔体法单晶生长过程中影响位错产生、增殖的各种因素,以及抑制位错增殖的措施.与熔体不润湿、与晶体热膨胀系数相近的坩埚材料,低位错密度的籽晶可有效地抑制生长晶体的位错密度;固液界面的形状及晶体内的温度梯度是降低位错密度的关键控制因素,而两因素又受到炉膛温度梯度、长晶速率、气体和熔体对流等晶体生长工艺参数的影响.最后,对熔体单晶生长过程的位错研究进行了展望.     

Cs2LiYCl6∶Ce晶体的n/γ双探测闪烁性能研究

Cs₂LiYCl₆∶Ce(CLYC)晶体是一种具有n/γ双探测能力的新型闪烁晶体。采用坩埚垂直下降法生长出富⁶Li的CLYC晶体毛坯,经加工、封装得到φ50 mm×50 mm的CLYC闪烁晶体封装件,其对¹³⁷Cs 662 keV γ射线的能量分辨率为4.22%;测量²⁵²Cf中子源的脉冲波形甄别(PSD)品质因子(FOM)为3.45。凭借其优异的性能,CLYC闪烁晶体有望在中子探测领域替代³He正比计数管,并可作为n/γ双探测的优选材料,应用于中子辐射探测器、放射性同位素识别仪、个人辐射剂量仪,以及其他中子、伽马射线的探测。     

碲锌镉器件技术进展及其在SPECT中的应用

核医学成像设备中的探测器是整个设备的核心部件。基于闪烁体探测器的核医学成像设备存在光电转换效率低和能量分辨率差等关键问题,短期内难以有效解决。而近年来碲锌镉半导体探测器的发展使得核医学成像设备在能量分辨率和空间分辨率等方面取得了很大的提高。本文以单光子发射计算机断层成像(SPECT)技术为例,首先介绍了核医学成像原理及设备组成,然后从碲锌镉探测器的工作原理及基本结构出发,综述了碲锌镉探测器的新技术及其在临床核医学的应用,最后结合核医学领域应用的需求展望了碲锌镉探测器的研究重点和技术发展趋势。     

基于钠助熔剂法的GaN单晶生长研究进展

宽禁带氮化镓(GaN)材料以其独特的性质和应用前景成为国内外研究的热点,高质量GaN单晶衬底的制备是获得性能优异的光电子器件和功率器件的基础。钠助熔剂法生长条件温和,易获得高质量、大尺寸的GaN单晶,是一种具有广阔商业化前景的GaN单晶生长方法。钠助熔剂法自20世纪90年代末期被发明以来,经过20多年的发展,钠助熔剂法生长的晶体在尺寸与质量上都取得了长足的进步。本文从晶体生长原理和关键工艺(籽晶选择、温度梯度以及添加剂)等方面综述了钠助熔剂法生长GaN单晶研究进展,并对其面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。     

溶剂蒸汽退火辅助微距升华法制备C8-BTBT单晶

有机半导体单晶由于具有内部长程有序的分子排列结构、缺陷及晶界少等优点,表现出优异的光电性能,是实现有机半导体器件实用化的一种重要材料。目前,研究者们已经发展出多种可应用于有机单晶的生长方法,其中,微距升华法是一种可以在大气环境下采用蒸镀的方式制备有机微/纳单晶的方法。然而,当将这种方法应用于C8-BTBT时发现,由于分子的熔点较低,蒸镀得到的是分子直接从液态凝固为无定形/多晶的结构。在本工作中,通过使用溶剂蒸汽退火的方式对其进行后处理,成功地将这种无定形/多晶结构转化为分立的单晶。为了表征所得到的晶体形貌和结构,分别使用光学显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等仪器对其进行了表征,发现所制备的晶体结构具备单晶的典型特征。     

熔体法生长大尺寸有机晶体

大尺寸有机晶体在太赫兹波产生、中子探测、微波激射等多个关系国计民生、涉及国家安全的领域具有重要应用前景.但大尺寸有机单晶生长一直是国际公认的难题,无论是在生长理论、生长方法还是生长设备方面都远远落后,在整个人工晶体领域相对小众;而且有机晶体硬度低、脆性高、易解理等本征特性为加工和后期应用带来了很多困难,制约了相关领域的...     

熔体法制备无机钙钛矿半导体核辐射探测晶体与器件的研究进展

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场景来优化半导体器件设计,才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此,本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度,探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能,以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。     

Growth and characterization of CdSe single crystals by modified vertical vapor phase method

Good quality, large single crystals of CdSe were grown by the modified growth method (i.e., vertical unseeded vapor phase growth with multi-step purification of the starting material in the same quartz ampoule without any manual transfer between the steps). Lower temperature gradients (8–9°C/cm) at the growth interface were used for the crystal growth. As-grown CdSe crystals was characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive analyzer of X-rays, high-resistance instrument measurement, and etch-pit observation. It is found that there are two cleavage faces of (1 0 0) and (1 1 0) orientations on the crystal, the resistivity is about 10⁸ Ω cm, and the density of etch pits is about 10^3–4/cm². The crystal was cut into wafers and was fabricated into detectors. The detectors were tested using an ²⁴¹Am radiation source. γ-ray spectra at 59.5 keV were obtained. The results demonstrated that the quality of the as-grown crystals was good. The crystals were useful for fabrication of room-temperature-operating nuclear radiation detectors. Therefore, the modified growth technique is a promising, convenient, new method for the growth of high-quality CdSe single crystals.     

工业应用氧化物闪烁晶体的下降法生长

闪烁晶体广泛应用于高能物理、核医学成像和辐射探测等领域.工业应用通常要求闪烁晶体具有高性能、大尺寸和低成本等.本文报道了中国科学院上海硅酸盐研究所在锗酸铋、钨酸铅和氧化碲等闪烁晶体工业化生长方面的最新研究进展,讨论了坩埚下降法作为工业晶体生长技术的优缺点.     

PVT法生长4H-SiC晶体及多型夹杂缺陷研究进展

作为第三代半导体材料的典型代表,碳化硅因具备宽的带隙、高的热导率、高的击穿电场以及大的电子迁移速率等性能优势,被认为是制作高温、高频、高功率以及高压器件的理想材料之一,可有效突破传统硅基功率半导体器件的物理极限,并被誉为带动“新能源革命”的绿色能源器件。作为制造功率器件的核心材料,碳化硅单晶衬底的生长是关键,尤其是单一4H-SiC晶型制备。各晶型体结构之间有着良好的结晶学相容性和接近的形成自由能,导致所生长的碳化硅晶体容易形成多型夹杂缺陷并严重影响器件性能。为此,本文首先概述了物理气相传输(PVT)法制备碳化硅晶体的基本原理、生长过程以及存在的问题,然后针对多型夹杂缺陷的产生给出了可能的诱导因素并对相关机理进行解释,进一步介绍了常见的碳化硅晶型结构鉴别方式,最后对碳化硅晶体研究作出展望。