GaN体单晶的氨热生长及应力调控

采用氨热法在碱性条件下生长了GaN体单晶,SEM照片显示晶体表面有大量裂纹.用拉曼光谱测量GaN晶体的E2 (high)声子拉曼峰,结果表明晶体内部应力波动较大.通过减小温度梯度、籽晶优选及降温程序优化后,得到了无裂纹的氮化镓晶体,(002)和(102)的X射线摇摆曲线FWHM分别为48 arcsec和54 arcsec,显微拉曼光谱表明经过工艺优化后的晶体应力显著降低,应力的来源主要为生长过程中杂质的引入.     

Ho~(3+)∶La_2CaB_(10)O_(19)晶体生长和光谱性能(英文)

采用顶部籽晶法生长Ho3+∶La2CaB10O19晶体。测试了晶体的X射线衍射谱图以及晶体器件的摇摆曲线,半峰宽为21.6 arcsec,晶体结晶质量良好。在室温下测试了吸收光谱、发射光谱和荧光寿命。应用Judd-Ofelt理论评价了Ho3+∶La2CaB10O19晶体的光谱性能。分别计算了Ho3+的唯象强度、谱线强度、辐射寿命、荧光分支比等参数。     

物理气相传输法合成AlN单晶性能表征

采用物理气相传输(PVT)法通过同质外延生长获得14 mm×12 mm的AlN单晶样品。对样品进行切割、研磨、化学机械抛光处理后，采用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、光致发光光谱仪对样品进行测试表征。拉曼测试结果表明，晶体中心区域的拉曼光谱E₂(high)声子模的半峰全宽为3.3 cm^-1,边缘区域E₂(high)声子模的半峰全宽为4.3 cm^-1,晶体呈现较高的结晶质量。XRD摇摆曲线表征结果显示，外延生长后的晶体中心和边缘区域的摇摆曲线半峰全宽增大至100″和205″,表明晶体内存在缺陷。XPS测试结果表明，晶体内存在C、O、Si杂质元素，杂质的原子数分数分别为0.74%、1.43%、2.14%,晶体内发现以氧杂质为主的Al—O、N—Al—O等特征峰。光致发光光谱测试结果显示，晶体内存在V_Al-O_N复合缺陷和V_Al点缺陷。     

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.     

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.     

1英寸CsPbCl3晶体的生长及其发光性能研究

CsPbX₃(X=Cl^-, Br^-, I^-)钙钛矿单晶具有优异的光电性能,有望成为下一代光电探测材料。由于CsCl在前驱体中的溶解度过小,通过低温溶液法较难生长得到CsPbCl₃晶体。本工作采用坩埚下降法成功生长了1英寸完整的CsPbCl₃晶体,并对晶体进行了一系列加工,得到了?10 mm×10 mm和厚度为2 mm的单晶片。测试了晶体的X射线粉末衍射图谱、TG/DTA曲线、X射线激发发射光谱、透过光谱和低温荧光光谱。在X射线的激发下,在430和575 nm观察到两个X射线激发发射峰,晶体的透过率达到75%;光致发光(PL)强度与温度依赖性曲线中可以观察到热猝灭现象,计算得到晶体4个峰的激子结合能分别为12.59、8.21、12.41和21.59 meV。     

改进水平籽晶气相法生长CdSe单晶

采用改进的双温区水平籽晶气相升华法,生长出尺寸为?15 mm ×35 mm的完整CdSe单晶体。经X射线衍射仪、能谱分析仪和傅里叶红外光谱仪的检测,CdSe单晶粉末衍射谱与标准衍射峰吻合较好,单晶摇摆曲线半高宽0.5°;Cd、Se化学计量比等于1∶0.977,接近理想比;晶体在2.5~20.0μm红外波段范围内的透过率T >65;,吸收系数α<0.1 cm-1。这些结果表明,采用本方法生长的晶体结晶性较好、成分均匀、透过率较高,品质良好,这对生长类似高蒸气压、高熔点的III-V、II-VI族晶体,会有所帮助。     

高品质6英寸N型4 H-SiC单晶生长研究

PVT法生长SiC单晶生长腔的温场分布是影响晶体质量的重要因素.采用数值模拟研究了保温层和坩埚结构以及线圈位置对6英寸SiC晶体生长温场的影响,优化出了适合高品质6英寸SiC晶体生长温场分布,在此条件下生长无裂纹的6英寸N型4H-SiC晶体.用高分辨率X射线衍射、拉曼光谱和缺陷检测系统对所加工的SiC衬底片的质量进行了表征.测试结果表明,晶型为单一的4H-SiC,微管密度小于1 cm-2,电阻率范围为0.02～0.022Ω·cm,X射线摇摆曲线半高宽为21.6″.     

Sm∶YCOB晶体生长及吸收光谱表征

采用熔体提拉法生长了高质量Sm3+掺杂YCa4O(BO3)3(YCOB)晶体.通过X射线粉末衍射、高分辨X射线衍射摇摆曲线、ICP-AES、吸收光谱等对晶体的性能进行了研究.发现生长的Sm∶ YCOB晶体与YCOB晶体具有相同的结构,结晶质量较好,半高宽可达31弧秒;5at;浓度掺杂时Sm3+在YCOB晶体中分凝系数为0.773;晶体在1400～1600 nm范围内有若干较强的吸收峰.     

有机非线性光学晶体DAST的生长、形貌及透过光谱

采用自发结晶法和籽晶法制备了4-(4-二甲基氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲基苯磺酸盐(DAST)晶体,所得晶体尺寸为10 mm×10mm 1～2 mm.研究了不同生长位置对生长习性和晶体形貌的影响,在溶液中部或顶部生长时DAST晶体倾向于沿a轴方向生长,晶体呈片状;在溶液底部时DAST晶体c轴方向生长加快,晶体呈块状.测试了DAST晶体(001)面X射线衍射摇摆曲线,对比分析了不同生长方法对晶体质量的影响.另外,对所制备的DAST晶体的透过光谱及吸收系数进行了研究.     

GdVO4晶体的生长及其性能研究

采用提拉法沿a轴和c轴生长出无色透明的GdVO4单晶,质量均超过50g.用X射线荧光分析法测得两个主要元素Gd和V的分凝系数都接近1.室温下测量了GdVO4晶体的X射线粉末衍射图,确定所获GdVO4晶体属于四方晶系,D194h-I41/amd空间群.通过晶体的锥光干涉图确定GdVO4晶体为单轴晶,光轴方向平行于c轴且光学均匀性比较好.利用高分辨X射线衍射仪测量GdVO4晶体的摇摆曲线,结果表明生长的GdVO4晶体的晶格完整性较好.通过浮力法测得其室温下密度为5.478g/cm3.透过波谱表明透过波长大于340nm.     

掺Sr2+溴化铈晶体的生长与闪烁性能研究

采用坩埚下降法生长了直径为25.4 mm的纯溴化铈晶体和0.1%、0.2%和0.5%(摩尔分数)Sr²⁺掺杂的溴化铈晶体。将所生长晶体加工成直径25.4 mm、厚度10 mm的坯件,并进行紫外和X射线激发荧光光谱、¹³⁷Cs源激发多道能谱等测试。结果表明:Sr²⁺掺杂会导致晶体X射线激发下的发射光谱出现轻微红移,而随着Sr²⁺掺杂量的增加,晶体的能量分辨率依次提高,光输出依次降低;当Sr²⁺掺杂量为0.5%时,溴化铈晶体的能量分辨率最高,达3.83%@662 keV,但过高含量的Sr²⁺掺杂会造成晶体生长困难。综合考虑晶体性能和生长情况,Sr²⁺掺杂量为0.2%时较为适宜,所获得的ϕ25.4 mm×25.4 mm CeBr₃∶0.2%Sr晶体封装件的能量分辨率为3.92%@662 keV。     

PVT法同质外延制备大尺寸Al极性氮化铝晶体生长工艺及其表征分析研究

本文基于自主设计的氮化铝生长炉,开展了四组不同工艺条件下Al极性面氮化铝籽晶同质外延生长氮化铝单晶的生长特征及其结晶质量表征研究。研究发现:不同工艺条件下生长的晶体的拉曼图谱E₂(high)特征峰峰位表明,晶体内部均存在较小的拉应力;在坩埚顶部在相对较高温度2 210 ℃、坩埚底部与顶部温差42 ℃的低过饱和度生长条件下,晶体表面光滑,呈现阶梯流生长形貌,并具有典型的氮化铝单晶生长习性面,晶体初始扩张角大于40°,高分辨率X射线衍射(HRXRD)测得0002、1012反射摇摆曲线及拉曼光谱检测结果表明,该条件下生长的氮化铝晶体结晶质量优异,并可实现快速扩径。基于该生长条件,通过外延生长后成功获得尺寸ϕ45~47 mm的氮化铝单晶锭,相关表征结果表明生长的氮化铝晶体具有优越的结晶性能。     

导模法生长高质量氧化镓单晶的研究

使用导模法生长了宽度25 mm,长度100 mm的氧化镓(β-Ga2O3)单晶.晶体外观完整、无色、无开裂,粉末XRD测试证明所获得的晶体为β相,晶体摇摆曲线半峰宽为93.6",峰形对称,说明晶体质量良好.测试了未掺杂晶体的紫外透过光谱,并推算了晶体的禁带宽度为4.77 eV.此外,还重点讨论了晶体放肩时的工艺参数对晶体质量的影响.     

熔盐法和水热法KTP晶体的晶胞参数及拉曼光谱特征

利用X射线衍射和显微激光拉曼光谱研究熔盐法自发结晶的KTP晶体、顶部籽晶熔盐法KTP晶体和水热法KTP晶体的晶胞参数和拉曼光谱特征,分析和比较不同方法生长的KTP晶体的晶体结构与化学键特征峰.研究表明:KTP晶体的晶胞参数与晶体生长方法有关,熔盐法自发结晶的KTP晶体生长过程中降温速率较快,晶胞体积相对较小;熔盐法和水热法KTP晶体中部分拉曼特征峰的位置因生长方法不同呈现一定的差异,水热法KTP晶体在782 cm-1、744 cm-1和515 cm-1处出现的特征峰可视为水热法KTP晶体的标志峰,借此可将其与熔盐法晶体相区分.     

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.     

Bridgman法生长的大尺寸钨酸铅晶体的光学和闪烁性能

本文报道了我们采用改进的Bridgman法为欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)上的紧凑型μ子螺线管(CMS)实验生长的大尺寸掺Y3+钨酸铅闪烁晶体,给出了晶体的光学和闪烁性能,如光致发光谱、X射线致发光光谱、纵/横向的透射光谱、光产额以及辐照硬度.测试结果表明,掺Y2O3的钨酸铅晶体光产额很高(>13pe/MeV),且全为100ns以内的快发光,其辐照硬度已接近CMS电磁量能器(ECAL)端帽晶体的要求,同一批晶体彼此间的性能一致性好.     

AlN bulk single crystal growth on 6H-SiC substrates by sublimation method

Large and thick AlN bulk single crystals up to 43 mm in diameter and 10 mm in thickness have been successfully grown on 6H-SiC (0 0 0 1) substrates by the sublimation method using a TaC crucible. Raman spectrum indicates that the polytype of the grown AlN single crystals is a Wurtzite-2H type structure, and the crystals do not include any impurity phases. The quality at the top of the crystal improves as crystal thickness increases along the 〈0 0 0 1〉 direction during growth: a low etch pit density (7×10⁴ cm⁻²) and a small full width at half maximum for a 0002 X-ray rocking curve (58 arcsec) have been achieved at a thickness of ∼8 mm. The possible mechanism behind the improvement in the AlN crystal quality is also discussed.