石英晶体产业概述

水热法人造石英晶体材料的产能自二十世纪五十年代开始不断增长,二十一世纪初达到顶峰。随着世界石英晶体元器件向高频、小型化、片式化、耐辐照方向发展,产品品种和产量发生很大变化。高Q值、低腐蚀隧道密度、包裹体少是压电石英材料未来发展的趋势;而包裹体和条纹(脉理)是光学石英晶体两大关键技术指标。     

石英晶体碱(KOH)腐蚀像及其与酸(HF)腐蚀像对比研究

本文用KOH溶液对石英晶体进行腐蚀实验.对石英晶体不同结晶学方向的5个品面(切面)的腐蚀像进行观察,建立了石英碱腐蚀形貌的立体模型,并与酸(HF)溶液所腐蚀的同样5个面的腐蚀像进行对比.研究发现碱腐蚀与酸腐蚀在柱面{1010}和菱面{1011}、{0111}上有很人不同,在柱切面{1120}、{2110}上有相同之处.但它们都反映各品面及晶体的对称特点.该研究对揭示矿物晶体在不同酸碱地质环境下腐蚀的特点具有指导意义.     

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.     

Bridgman法生长TeO2晶体的缺陷分析

采用Bridgman法生长了二氧化碲(TeO2)晶体,运用光学显微镜、电子衍射光谱、化学腐蚀等方法分析了该方法生长TeO2晶体内部的缺陷.初步讨论了散射点、微裂纹、气泡和黑点、条纹以及腐蚀坑等微缺陷的形成机理.结果表明:晶体内部的散射点来自于原料中杂质,条纹主要是由于晶体内应力引起,晶体内的气泡和黑点和晶体生长的温度密切相关,并就如何减少这些微缺陷进行了初步探讨.     

高品质光学级单面生长石英晶体的生长技术研究

采用水热温差法,研发了一种高品质光学级单面生长石英晶体技术,分析了光学级石英晶体单面生长原理和关键技术,并对所制备的光学级单面生长石英晶体的性能进行了测试与表征.研究结果表明:采用单面生长技术能极大地减少石英晶体内部缺陷,制备出的石英晶体具有极高的品质,其中包裹体指标、条纹指标达和光学均匀性分别达到国家标准GB/T7895-2008中的Ia级、1级和A级,达到了目前国家标准中的顶尖水平.     

光学石英晶体条纹缺陷表征

本文对光学石英晶体进行辐照,将通常仅在脉理仪下才能呈现的条纹缺陷着色,加以观察和分析.对比辐照后条纹形貌和脉理仪下观察图样,确定辐照可以使条纹缺陷呈现;通过辐照后的着色机理,确定条纹缺陷是由杂离子在晶格中造成的形变产生;通过对比无条纹缺陷区域和条纹缺陷区域化学成分,确定进入晶格的Al3+是引起人造光学石英晶体中条纹缺陷的主要原因.     

近红外半导体材料HgInTe的缺陷腐蚀

研究了HgInTe的腐蚀工艺,探索出一种适合于HgInTe的腐蚀液,并对腐蚀原理做了分析.利用该腐蚀液对HgInTe晶体内部的缺陷种类和分布进行了研究.结果表明,垂直轴向切割的HgInTe晶片腐蚀后的位错蚀坑呈近等腰三角形.在本实验条件下,位错蚀坑密度EPD(etch-pit density)约在105/cm2数量级.HgInTe晶体中的位错墙主要以边重叠和角重叠两种方式排列而成.HgInTe中存在少量由内应力引起的微裂纹.该腐蚀液能有效地显示HgInTe晶体不同晶面的多种缺陷,腐蚀效果较好.     

石英谐振器在强磁场中的磁-敏特性

研究了石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因.结果表明石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响下产生相应的应力,该应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体引起谐振器频率的变化.该实验结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值.     

Nd,Y:SrF2激光晶体的位错缺陷表征及分布研究

氟化物激光晶体Nd, Y∶SrF₂(NYSF)具有热导率高、发射光谱宽、发射截面适中等特点，在高功率激光技术领域具有重要应用。激光晶体中的位错是反映其晶格完整性的一类重要的微观晶体缺陷，对晶体材料的力学、光学性能具有重要影响。本文采用坩埚下降法制备了NYSF激光晶体，分析了腐蚀实验条件对位错蚀坑形貌的影响，获得了化学腐蚀法研究NYSF晶体位错缺陷的最佳腐蚀工艺，即浓度为4 mol/L的盐酸溶液作为腐蚀液，腐蚀温度为60℃、腐蚀时间为9～12 min;表征了位错腐蚀坑形态的演变过程，探讨了晶格原子排列对位错蚀坑形态的影响；利用化学腐蚀方法表征了位错缺陷在晶体中的分布规律，即轴向分布为从放肩到尾部先减少后增加，径向分布为从中心到边缘逐步增加；分析了晶体生长条件对位错缺陷形成的影响，提出了位错密度随坩埚下降速率的提高而升高的可能原因。     

γ-LiAlO2晶体的生长缺陷研究

γ-LiAlO2晶体是一种非常有前途的GaN衬底材料,本文利用化学腐蚀光学显微术和同步辐射X射线形貌术研究了LiAlO2晶体的缺陷.结果表明,提拉法生长的γ-LiAlO2晶体中的缺陷主要为位错、包裹物和亚晶界.并发现在其(100)晶片上的腐蚀形貌两面有较大差异.     

Investigations of Dissolving Mechanically Processed Quartz Grains

The dissolution of polycrystalline quartz strained by compression and shear or by impact crushing in 1-N NaOH lead to different results. The defects of the impact crushed quartz grains, measured as crystallinity by X-ray methods, are not preferentially concentrated in regions near the surface. It is assumed that in this case the corners and edges of the quartz grains are preferred centers of defects.     

石英晶体板非线性高频振动的拓展伽辽金法分析

针对考虑几何和材料非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的方程组,利用扩展伽辽金法对该方程组进行转化和求解,分别获得了强烈耦合的厚度剪切振动模态和弯曲振动模态的频率响应关系,绘制了不同振幅比和不同驱动电压影响下的频率响应曲线图。数值计算结果表明可以选取石英晶片的最佳长厚比尺寸来避免两种模态的强烈耦合。驱动电压的变化将引起石英晶体谐振器厚度剪切振动频率的明显改变,必须将振动频率的漂移值控制在常用压电声波器件的允许值之内。扩展伽辽金法对石英晶体板非线性振动方程组的求解为非线性有限元分析和偏场效应分析奠定了基础。     

X-ray Topographic Investigation of Quartz Single Crystals at High Temperature,up to 1185°C

Real time experiments were performed to study the structural behaviour of monocrystalline quartz at high temperatures. White beam diffraction topography in transmission geometry was used. A creation of Dauphine-twins took place slightly below the α-β-phase transition temperature. The diffraction contrast of twins and temperature stresses disappeared above the α-β-phase transition temperature. Up to 1185°C neither changes of the defect structure nor a creation of new defects were observed. A precursor for a beginning of a reconstructive phase transition from quartz to cristabolite could not be observed within a time interval of 2h at 1180°C     

Behavior of phosphorus impurities during Czochralski growth of high‐purity germanium single crystals

The effect of evaporation of phosphorus impurities from the melt is investigated as well as the contaminating effect of quartz glass crucibles on residual content and distribution of this impurities by length of high‐purity germanium single crystals. The residual content of phosphorus impurities is mainly influenced by the contaminating effect of crucible material and its distribution by length of crystals is described by the model accounting for the impurities income from crucible material. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Investigation of the Effects of Chemically Grafted Chitosan Nanofibers on P. aeruginosa PA01 Biofilm Formation Using Quartz Crystal Microbalance Technique

This study reports that quartz crystal microbalance (QCM) is used to determine the effect of chitosan derivatives obtained by chemical method on biofilm inhibition. Plasma grafted chitosan (pchito) was modified chemically with both 5-methyl-4-phenyl-thiophene-3-carboxylic acid (MFTKA) and 4-(thiophene-2-sulfonylamino)-benzoic acid (TSABA). The quartz crystal electrode surfaces were coated with nanofibers of these chitosan derivatives by QCM-electrospinning techniques. The surface morphology and elemental compositions of nanofibers were examined using Scanning electron microscopy-Energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). Inhibition of Pseudomonas aeruginosa PA01 as model bacteria on the electrodes coated with nanofiber was examined as a function of time using a flow-cell through QCM.     

非等厚电极对石英晶体板高频振动影响分析

利用Mindlin一阶板理论分析了覆盖非等厚电极层的AT切石英晶体板的高频振动,获得了包含厚度剪切振动模态、弯曲振动模态、面剪切振动模态、拉伸振动模态和厚度扭转振动模态的色散关系和频谱关系。研究结果表明由于上下电极层的非等厚性,过去认为不耦合的两组振动模态变得相互耦合,必须进行联合求解。计算结果表明由于非等厚电极层的质量效应,各振动模态的频率均有所降低。根据石英晶体板高频振动的频谱关系图,可以选取石英晶体板的最佳长厚比作为谐振器的制造尺寸。获得的电极层厚度与频率变化关系可以用来指导谐振器电极层厚度设计。     

基于有限元方法研究预应力条件下石英晶体的高频振动特性

利用有限元方法,计算AT切石英晶体受到沿不同方位角度施加的对径力后石英晶片的振动位移分布情况.该有限元分析结果能够直观的获取石英晶体厚度方向的剪切振动和弯曲振动的图形.通过对预应力模态计算结果分析表明石英晶体振动方向随着施加不同方向的方位角的改变而发生改变.该结果有助于更好研究石英晶体受力后的振动模态.     

An experimental and CFD study on gas flow field distribution in the growth process of multi‐walled carbon nanotube arrays by thermal chemical vapor deposition

Multi‐walled carbon nanotube arrays (MWCNTAs) were grown by thermal chemical vapor deposition (TCVD) in a horizontal furnace reactor. The scanning electron microscopy (SEM) results show that MWCNTAs grown on the bottom and the central of the quartz tube are different in one experiment. Moreover, the MWCNTAs grown on the central position are more aligned and longer than those on the bottom. A computational fluid dynamics (CFD) model was employed to investigate the gas flow field impact on the MWCNTAs growth. The results show that gas circulations appear after carrier gas and carbon source are injected into the quartz tube. Because of the existence of gas circulations, the gas flow field at the central of the quartz tube is more stable, which is conducive to the growth of MWCNTAs. The CFD simulation results match well with the experimental data.     

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.