焦硅酸镥(Lu2Si2O7:Ce)闪烁晶体的生长与发光性能研究

铈掺杂的焦硅酸镥晶体(简写为LPS:Ce)是新近发现的一种具有潜在应用价值的无机闪烁晶体.本文用提拉法成功地生长出尺寸为φ15mm×40mm的LPS:Ce晶体.XRD结构测试表明,该晶体属于单斜晶系,C2/m空间群,晶体中分布有少量的LPS和石英颗粒包裹体.对从毛坯中切割出的无色透明晶体样品在室温下分别进行了透射光谱、紫外激发、X射线激发发射光谱和衰减时间测试.结果表明,铈(Ce3+)离子掺杂使LPS晶体的紫外吸收边从175nm红移到350nm,紫外和X射线激发的荧光光谱中都可以分解出384nm和412nm两个发射峰,它们分别对应于电子从铈(Ce3+)离子的5d轨道向4f轨道的两个能级(2F5/2和2F7/2)的辐射跃迁,从衰减曲线中可以拟合出一个38.75ns的时间常数.这些发光特征与该晶体独特的晶体结构密切相关.     

Single Crystal Growth,Structure and Physical Property of LiCoO2 and LiNiO2

Abstract

Single crystals of LiCoO₂ and LiNiO₂ have been successfully grown for the first time by a flux method. A single-crystal X-ray diffraction study confirmed trigonal symmetry, and their lattice parameters were a = 2.8161(5) Å and c = 14.0536(5) Å for LiCoO₂, and a = 2.8899(13) Å and c = 14.1938(17) Å for LiNiO₂, respectively. The cation distribution in Li_0.92Ni_1.08O₂ was determined to be (Li_0.74Ni_0.26)_3a[Li_0.18Ni_0.82]_3bO₂ with a final R value of 2.7% by a single-crystal X-ray structure analysis. LiCoO₂ proved to show a semiconducting behavior below room temperature by an in-plane electrical resistivity measurement using the single crystal specimen.     

浸没籽晶法生长La2CaB10O19单晶的研究

采用浸没籽晶法以CaO-Li2O-B2O3为助熔剂生长出La2CaB10O19单晶.籽晶的方向对晶体质量有较大的影响.晶体结构导致生长出的晶体均呈现板状外形,并且容易沿(001)面解理;捆绑晶体的铂丝嵌入晶体加剧了晶体的解理.然而解理和铂丝嵌入对不同方向籽晶生长出晶体的质量影响各不相同,对于晶体生长过程溶质输运的影响也不相同,实验发现,[101]方向为本实验条件下最佳的晶体生长方向.     

NaCo2O4晶体的生长,形貌和生长机理研究（英文）

采用自发成核方法,以NaCl-Na2CO3为助熔剂,生长了毫米级的NaCo2O4晶体。通过X射线衍射对晶体作了表征。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜研究了晶体的形貌和生长机理。结果表明:所得晶体是NaCo2O4,属于六方晶系,晶胞参数:a=b=0.2842 nm,c=1.0894 nm,V=0.0761997 nm3。NaCo2O4晶体是沿c轴层状生长的,同时从阴离子配位多面体的角度分析了晶体的形貌。     

单晶材料的新发展及其对生长技术的挑战

近年来,宽带隙半导体GaN、SiC、ZnO,弛豫铁电体PZNT,热电半导体β-FeSi2,超导体MgB2等功能晶体材料引起了人们的广泛关注.这些材料大多具有非常优异的性能和巨大的应用前景,但生长工业应用的体单晶非常困难.本文从晶体生长技术角度综述了这些晶体的研究进展,结合其物理化学特性探讨了单晶生长中遇到的一些关键问题.通观这些热点单晶材料的研究现状,一方面我们可以把晶体膜的制备技术看作是传统晶体生长技术的延伸,另一方面,膜技术的发展和单晶生长中存在的问题,也是对传统生长工艺的挑战.     

Growth of Neodymium Pentaphosphate Single Crystals by the Flux Seeded Technique

Single crystals of neodymium pentaphosphate, NdP₅O₁₄, were grown by the flux seeded technique. The optimum growth conditions are scribed for obtaining a large crystal having well-developed faces with good quality.     

Crystal growth and structure determination of the new silicate K3ScSi2O7

Single crystals of the new three-dimensional silicate K₃ScSi₂O₇ were obtained via a high temperature flux method and characterized by single crystal X-ray diffraction. K₃ScSi₂O₇ crystallizes in the space group P6₃/mmc with a = 5.60650(10) Å, c = 13.6420(4) Å. The structure contains sheets of ScO₆ octahedra that are connected via Si₂O₇ bridging groups.     

稀土正硅酸盐-Y2SiO5单晶体的提拉法生长

用提拉法晶体生长工艺已成功地生长出正硅酸盐-Y2 SiO5单晶体.使用设备是一台中频感应加热炉.文中讨论了高光学质量掺Eu离子Y2 SiO5单晶体的生长工艺,已生长的晶体毛坯直径达35mm,长130mm、质量为460g、光学质量良好.     

CsB3O5(CBO)晶体生长和形貌研究

本文采用籽晶浸没法,在Cs2O过量3;的Cs2O-B2O3体系中生长了CsB3O5单晶.生长参数如下:液面以下温度梯度为0.5℃/cm, 晶体旋转速度为12r/min,降温速率0.2℃/d,可获得透明、无包裹体、无开裂、最大尺寸达65×44×49mm3的CsB3O5单晶.研究了CsB3O5的生长形貌,CsB3O5生长没有明显的方向性,总是呈现长柱状,最易出现的晶面是(011)和(101)晶面.     

Aurivillius结构Bi2MoxW1-xO6铁电功能晶体的生长与性质表征

本文采用固相反应法探索了Aurivillius结构Bi₂Mo_xW_1-xO₆体系的合成条件以及能够形成固溶体的成分范围,探索了Bi₂Mo_xW_1-xO₆晶体的助熔剂法生长体系,并对晶体的结构、变温介电性质和电阻率进行了测定和分析。Bi₂Mo_xW_1-xO₆体系中Mo的占比x可以在0~1的范围内连续变化,采用固相反应法可以在500~870 ℃范围内的不同温度合成纯的Bi₂Mo_xW_1-xO₆铁电相。采用Li₂B₄O₇-Bi₂O₃(摩尔比2∶1)作为助熔剂生长得到了厘米级Bi₂WO₆单畴晶体,厚度不小于2 mm,最大尺寸则达到了约40 mm。在n(Bi₂O₃)∶n(MoO₃)∶n(WO₃)∶n(Li₂B₄O₇)=1∶1∶1∶1(摩尔比)体系中生长得到了厚度约1 mm的Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆厘米量级单畴晶体,结构解析表明Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆属于正交晶系,Aba2(No.41)空间群。变温介电性质测试表明,Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆晶体的介电常数ε₃₃由Bi₂WO₆晶体的70提高到了102,介电弛豫现象发生的温度由Bi₂WO₆晶体的430 ℃降到了330 ℃附近。变温电阻率测试表明,Bi₂WO₆与Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆晶体的电阻率均随温度升高而降低,在100 ℃以下,Bi₂WO₆的电阻率高于Bi₂Mo_0.15W_0.85O₆晶体,且随温度升高,二者电阻率的差距在逐渐缩小。     

非线性光学晶体BaBPO5的生长、结构研究

本文采用顶部籽晶高温溶液法,以Li4P2O7为助熔剂,生长了大尺寸BaBPO5单晶.进行了BaBPO5晶体的结构测定,结果表明该晶体属三方晶系,空间群:P3221,晶胞参数为a=b=0.71329(10)nm,c=0.70368(14)nm,α=β=90°,γ=120°, Z=3.该晶体结构中沿[001]方向存在BO4四面体链,每一个硼氧四面体用它的两个顶点分别与两个PO4四面体相连组成螺旋状的链.硼氧四面体、磷氧四面体和钡氧多面体结合在一起形成一个三维网络结构.同时,对BaBPO5的粉末倍频效应进行了研究.     

蓝宝石晶体的生长方向研究

本实验采用提拉法,在中频感应加热单晶炉内,进行了不同生长方向蓝宝石晶体的生长工作,分别取[11-20]和[0001]生长的晶体c面(0001)的晶片.通过应力仪、显微观测和X射线衍射等方式对晶片的位错密度等微观缺陷以及晶体结构进行了检测.实验表明:不同的生长方向生长得到的蓝宝石晶体的质量存在一定的差别,一般情况下,[11-20]方向生长的蓝宝石晶体质量优于[0001]方向生长的晶体.     

Co2+,Er3+:Y3Al5O12晶体的生长及其吸收特性

应用中频感应提拉法成功生长出新型的Co2+,Er3+:Y3Al5O12晶体.研究了室温下晶体的吸收光谱性能.结合Er3+:Y3Al5O12晶体的光谱,并利用调Q判据对Co2+,Er3+:Y3Al5O12晶体调Q特性进行了简单的分析.结果表明Co2+,Er3+:YAG晶体是一种很有潜力的自调Q激光晶体.     

Novel synthetic alkali‐yttrium silicates with a new microporous mixed framework topology: (Rb,Cs)9Y7Si24O63 and isotypic Rb9Y7Si24O63

Prismatic colourless crystals of the two novel, isotypic title compounds were obtained by the flux growth technique. The crystal structures have been determined from single‐crystal intensity data in space group R 3 with a = 28.819(4) / 28.799(4), c = 13.916(3) / 13.864(3) Å, V = 10009(3) / 9958(3) ų, Z = 6, R (F) = 4.99 / 6.44%, respectively. They represent a novel structure type with microporous character. The framework is built from six‐membered silicate rings (approximate UDUDUD orientation) containing isolated YO₆ octahedra and compressed “six‐membered rings”, which in fact build a spiral of corner‐sharing SiO₄ tetrahedra. Approximately parallel to [111] run two different irregular channels hosting the Rb/Cs and Rb atoms. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

红宝石晶体光学浮区法生长及其缺陷研究

采用光学浮区法生长了φ7 mm×70 mm的红宝石晶体.晶体的生长界面为凸界面,生长方向为<001>方向.X射线双晶摇摆曲线表明晶体具有良好的质量.研究了生长温度、旋转速率、生长速率对晶体质量的影响,确定了合理的工艺条件.通过扫描电镜、能量散射光谱仪、X射线衍射、化学腐蚀结合偏光显微镜对红宝石晶体中气泡、位错、胞状组织和溶质尾迹等缺陷进行了分析.     

高温溶液法生长SiC单晶的研究进展

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料,不仅禁带宽度较大,还兼具热导率高、饱和电子漂移速率高、抗辐射性能强、热稳定性和化学稳定性好等优良特性,在高温、高频、高功率电力电子器件和射频器件中有很好的应用潜力。高质量、大尺寸、低成本SiC单晶衬底的制备是实现SiC器件大规模应用的前提。受技术与工艺水平限制,目前SiC单晶衬底供应仍面临缺陷密度高、成品率低和成本高等问题。高温溶液生长(high temperature solution growth, HTSG)法生长SiC单晶具有晶体结晶质量高、易扩径、易实现p型掺杂等独特的优势,有望成为大规模量产SiC单晶的主要方法之一,目前该方法的主流技术模式是顶部籽晶溶液生长(top seeded solution growth, TSSG)法。本文首先回顾总结了TSSG法生长SiC单晶的发展历程,接着介绍和分析了该方法的基本原理和生长过程,然后从晶体生长热力学和动力学两方面总结了该方法的研究进展,并归纳了该方法的优势,最后分析了TSSG法生长SiC单晶技术在未来的研究重点和发展方向。     

Czochralski法生长Lu2SiO5:e晶体的发光特性

本文使用铱坩埚感应加热Czochralski法成功地生长出了无色透明且尺寸达φ50mm×60mm 的Lu2SiO5:e晶体.XRD结构分析表明, 该晶体为单斜结构.在室温下分别以X射线和紫外光为激发源测量了该晶体的发射光谱,获得的发射波长分别为403nm和420nm,光衰减时间为41ns,光产额达32000p/MeV.发射光谱的双峰结构以及晶体的发光特性证明其发光源于Ce3+离子的5d1→5F5/2 和 5d1→5F7/2跃迁.     

助熔剂法生长ZnO晶体

采用Bi4B2O9、CdB2O4和BaB2O4为助熔剂,获得了毫米级的氧化锌单晶.Muiliken的电负性理论和Viting的平均轨道电负性提供了一个选择晶体生长所采用的助熔剂的有效方法.实验结果表明ZnO晶体的生长温度比文献报道的均低,从而有效地减少了ZnO以及助熔剂的挥发.本文给出了几种有望获得大尺寸ZnO单晶的助熔剂.     

大尺寸优质声光晶体TeO2的生长

采用坩埚下降法生长了二氧化碲(TeO2)声光晶体,从原料角度分析了散射、云雾状云层等缺陷的形成,研究了晶体开裂和晶体结构的关系,从而确定了晶体生长最佳工艺条件为生长速率<0.6mm/h,固液界面的温度梯度约为45°C/cm,沿<110>方向生长可减少开裂.获得了尺寸大于55×55×120mm3的优质TeO2晶体,并测试了晶体的性能.