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.     

过饱和温度和降温速率对BBO晶体浓度边界层厚度的影响

浓度边界层是晶体生长过程中分析界面输运现象的重要元素.我们从实验角度研究了扩散机制下的BaB2O4单晶生长中过饱和温度和降温速率对浓度边界层厚度的影响.过饱和温度和浓度边界层厚度之间为抛物线关系,降温速率和浓度边界层厚度变化率之间为线性关系.     

温度梯度区域熔炼法制备2μm低吸收ZnGeP2晶体

针对高温熔体生长的ZnGeP2 (ZGP)晶体,易在能带边缘附近出现宽光学吸收带,难以直接应用的问题,开展了籽晶温度梯度区域熔炼生长方法探索研究,最终在较低温度(945℃左右)生长出φ20 mm×30 mm单晶,晶体2μm附近吸收系数处于0.16 ～ 0.3 cm-1之间.但采用当前方法,如何改善晶体光学均匀性、结晶质量,提高原料利用率等一系列问题,还有待进一步研究.     

蓝宝石晶体热性能的各向异性对SAPMAC法晶体生长的影响

采用有限元法对冷心放肩微量提拉法蓝宝石晶体生长过程中晶体内的温度、应力分布进行了模拟计算,结合实验结果讨论了蓝宝石晶体热性能的各向异性对晶体生长的影响.研究结果表明,对于冷心放肩微量提拉蓝宝石晶体生长系统,较大的轴向热导率有利于提高晶体的生长速率和界面稳定性,而稍大的径向热导率则有利于保持微凸的生长界面.晶体内的热应力受径向热膨胀系数的影响显著,随着径向热膨胀系数的增大而增大,最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面区域.在实验中选α轴为结晶取向,成功生长出了直径达230mm、高质量蓝宝石晶体.     

PbWO4晶体吸收中心的研究

采用基于密度泛函理论的相对论性离散变分和嵌入团簇方法计算了PbWO4晶体中与吸收中心相关的本征缺陷态密度分布,并运用过渡态方法计算了激发能.结果表明:PbWO4晶体中WO3+Vo缺陷的O2pW5d跃迁可以引起350nm和420nm附近的吸收,并且发现VPb的存在可以使WO2-4基团的禁带宽度明显变小.     

温度梯度法BaY2F8晶体生长中的小面研究

采用温度梯度法生长了BaY2F8晶体,通过X射线定向仪确定晶体自发沿[001]方向生长.通过对不同截面的显微观察和分析,研究认为生长方向与竖直方向不平行是诱发(100)、(130)、(130)等小面生长的重要因素.由于温度的波动和径向温度梯度的存在,会造成晶体生长过程中的组分过冷,引发晶面上出现胞状凸起,影响了晶体的生长质量.     

炉温突变对BBO晶体生长界面温度的影响

本文从温度波在熔体中传播的理论以及熔体速度边界层理论出发，研究籽温度脉冲宽度与温度波的频率、波长对ＢＢＯ熔体的穿透深度之间的关系；讨论了在一定转速下为不使温度波穿透边界层到达生长界面所容许的温度脉冲宽度，从而为ＢＢＯ晶体的生长提供了依据。     

钨酸铅晶体中痕量杂质元素的分布特征及其对晶体性能的影响

利用GDMS分别测试了用Bridgman方法生长的十个全尺寸钨酸铅晶体顶、底两端的杂质含量,发现在PWO晶体中,K、Na、Mo、As、Y等杂质元素富集于晶体的顶部,具有分凝系数小于1 的特征.Ca和Ba杂质则富集于晶体的底部,具有分凝系数大于1 的特征,Al、Si、Cu等杂质的分布缺乏明显的规律性.这些杂质主要来源于生长晶体时所使用的WO3原料.根据掺杂实验,认为K、Na、Mo、As等是影响PWO闪烁性能的有害杂质,Ca和Ba是无害杂质,Y是有益杂质,Al、Si、Cu等杂质的行为尚不明确.     

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。     

核辐射探测单晶生长方法研究进展

核辐射探测是指用各种核辐射探测器来得到核辐射信息的过程,在军用、民用和科研等领域具有广泛的应用。作为核辐射探测核心的核辐射探测器,主要分为气体探测器、闪烁体探测器和半导体探测器。相比于气体探测器,闪烁体探测器和半导体探测器都需要晶体作为核心材料,晶体质量的品质在很大程度上决定了探测器性能的上限。为了获得性能更好的探测器,人们对探测器用单晶材料的生长方法进行了大量的研究。本文综述了近几年核辐射探测单晶生长方法研究的最新进展,总结了目前主流的晶体生长方法,包括溶液法、熔体法、气相法等,并对不同晶体的主要生长方法进行了归纳。     

热交换法蓝宝石晶体生长的数值模拟研究

针对热交换法蓝宝石晶体各生长阶段的温场、流场和热应力进行数值模拟研究,并讨论了上部保温层结构、热交换器内管高度对晶体生长的影响.结果表明:长晶初期,固液界面呈椭球形;等径阶段,固液界面平坦,晶体与坩埚壁不接触;长晶后期,中心轴向晶体生长速率增加,晶体中心首先冒出熔体液面.随晶体高度增加,熔体对流由初期的两个涡胞变为等径阶段的一个涡胞,最大对流速度量级为10-3 m/s.晶体中最大热应力分布在晶体底部,热应力分布呈W型.增加炉体上部保温层,长晶后期固液界面变得平坦;降低热交换器内管高度,有利于降低晶体底部热应力.     

PVT法SiC单晶生长传热分析

研究了PVT法生长SiC过程中的传热行为,以优化生长条件、获得高质量单晶.该研究是针对坩埚盖(籽晶粘附于坩埚盖上)和炉盖之间的传热行为进行的.研究认为,坩埚盖上部石墨毡开孔形状和大小对坩埚盖的径向温度场有很大影响.采用本文简化的模型可以估算坩埚在不同位置下、不同的石墨毡开孔形状和大小时坩埚盖和炉盖之间总的辐射热阻和传热量.对影响坩埚盖和炉盖之间传热的因素进行了讨论.另外,讨论了在生长过程中动态调整坩埚盖散热条件的可行性.     

Cr4+,Yb3+:YAG晶体的生长及其吸收特性

用提拉法生长了Cr,Yb:YAG晶体,研究了在室温的吸收光谱特性以及氧化性气氛退火对其吸收特性的影响.在室温吸收光谱中存在着五大吸收带:在440nm和605nm存在着Cr3+离子的两个吸收带,而且退火使其发生了明显的"红移";在937nm和968nm处存在Yb3+离子的两个吸收带,能与InGaAs激光二极管(LD)有效耦合,适合激光二极管泵浦;而且在1.03μm处有一Cr4+离子的吸收峰,可用作可饱和吸收体,从而可以实现对Yb3+的自调Q激光输出.在氧化性气氛下退火对晶体吸收特性及缺陷的影响是:退火使晶体的缺陷明显减少而且使Cr4+浓度得到进一步的增加;Cr4+离子浓度的增加主要是由于二价阳离子Ca2+进入相应的Y3+晶格所造成.并且从晶格场的角度讨论了退火使Cr3+离子的吸收带发生"红移"的原因.     

Cs3Bi2I9晶体的生长及辐射探测性能

采用布里奇曼法成功制备出大尺寸(φ15 mm×50 mm)、高质量的全无机金属卤化物类钙钛矿Cs₃Bi₂I₉单晶。室温下,该晶体属于六方晶系,空间群为P6₃/mmc,密度为5.07 g/cm³,晶胞参数为a=b=0.840 nm,c=2.107 nm,熔点为632 ℃。采用粉末X射线衍射谱、紫外-可见-近红外漫反射光谱、I-V测试等表征该晶体的性质。制备Au/Cs₃Bi₂I₉/Au三明治型器件结构,采用飞行时间技术测试Cs₃Bi₂I₉晶体的载流子迁移率,得到Cs₃Bi₂I₉晶体的电子迁移率为4.33 cm²·V^-1·s^-1。根据Hecht单载流子方程拟合得到Cs₃Bi₂I₉晶体的载流子迁移率寿命积(μτ)为8.21×10^-5 cm²·V^-1,并且在500 V偏压下对α粒子的能量分辨率达到39%。     

微下拉晶体光纤生长设备研制及YAG单晶生长

介绍了一种新型单晶生长技术(微下拉:micro-pulling-down),并概述了该方法在Nd∶ YAG单晶光纤生长方面的应用及发展.率先在国内开展了微下拉单晶生长炉的研制工作,填补了该领域的空白.同时,生长了直径3mm,长度100 mm、300 mm的Nd∶ YAG单晶,晶体整体透明、内部无散射点,表现出了良好的单晶性,有望作为激光工作物质使用.     

熔体热辐射对晶体中温度场和应力场的影响

熔体热辐射被晶体逐渐吸收的过程是光子将能量转移到晶格的过程.用导热微分方程描述晶体中温度场时,把吸收的辐射热当做晶体产生的内热,方程从Laplace形式变为Posson形式.仅从顶表面耗散热量的情况下,不考虑对辐射的吸收,晶体中轴向温度梯度为恒值.考虑对辐射的吸收,固液界面处轴向温度梯度最小,向上逐渐增加,最后趋于恒值.但这个恒值比不考虑辐射吸收时大,晶体具有较高的温度.晶体对熔体热辐射平均吸收系数是决定影响大小的主要因素.当吸收系数接近于零时(晶体完全透明)或吸收系数很大时(晶体完全不透明)辐射对晶体温度场的影响可忽略不计.辐射的吸收使晶体下部热应力轴向分量变小,晶体上部热应力轴向分量变大.     

泡生法大尺寸蓝宝石晶体的生长速率对固液界面的影响

采用有限元法,对泡生法生长蓝宝石晶体不同生长阶段固液界面的形状和温度梯度进行模拟计算,探讨分析了生长速率对放肩、等径阶段蓝宝石生长的影响.结果表明:固液界面凸出度在放肩阶段较大,在等径阶段凸出度相对较小,固液界面温度梯度随着晶体生长不断减小.在合理速率范围内,放肩阶段0～2 mm/h,速率对固液界面的影响很小,等径阶段2～5 mm/h,速率对固液界面的影响越来越大,固液界面温度梯度和形变均随速率的增大而减小.利用模拟结果,调节实际晶体生长工艺参数,成功长出80 kg的大尺寸高质量蓝宝石晶体.     

晶体生长界面相研究

在分析前人的晶体生长理论时,作者认为晶体生长过程中可能存在界面相;在分析各种晶体生长现象后认为,晶体生长过程中界面相是存在的,并起着十分重要的作用;通过分析研究,将晶体生长过程中的界面相划分为3个有机的组成部分：界面层、吸附层和过渡层;并进一步论述了界面层、吸附层和过渡层在晶体生长过程中的地位与作用;在此基础上提出了界面相模型。