激光拉曼光谱法在金刚石研究中的应用

金刚石作为一种具有最高硬度、最高热导率以及最宽透光波段等多种极限性能的功能材料,在多个领域都有广泛的应用.近年来,人工合成金刚石,特别是对金刚石掺杂改性成为国内外研究的重点.因此,对金刚石组成及结构缺陷的研究分析成为了重要环节.激光拉曼光谱分析法是研究分析金刚石组成及结构的重要途径,本文综述了近年来激光拉曼光谱分析法在金刚石中的应用,涉及到该方法的基本原理以及在单晶金刚石表征、金刚石薄膜和金刚石聚晶等方面的应用.     

典型单质炸药晶体结晶品质的显微拉曼光谱法评价分析

为了评价分析单质炸药晶体结晶品质,采用无损、快速的显微拉曼光谱分析技术,研究了单晶、纯度标准物质、工业品3种不同结晶品质奥克托金(HMX)5个拉曼特征峰统计规律.结果表明:随着晶体缺陷增多,拉曼特征峰半峰宽值(FWHM)随之增大,其相对标准偏差(RSD)亦增大.在此基础上,对未知结晶品质的3种黑索今(RDX)试样RDX-1、RDX-2、RDX-3进行相同条件的显微拉曼试验,并根据拉曼特征峰半峰宽值确定其结晶品质由高到低依次为RDX-1、RDX-2、RDX-3,和扫描电镜法品质评价分析结论一致.     

钨酸锶及其稀土激活离子掺杂的新型拉曼与自拉曼激光晶体

本文以钨酸锶(SrWO4)晶体为例,介绍了拉曼光学晶体的性质.近年来我们用熔体提拉法成功生长出的一系列纯的和稀土离子掺杂的钨酸锶(SrWO4)晶体.测试了纯SrWO4晶体的热性能和折射率,并拟合出晶体折射率的色散方程.测试了Nd∶ SrWO4晶体的偏振吸收谱、近红外偏振荧光谱和荧光寿命发射曲线,结果显示,Nd∶ SrWO4晶体具有优异的光谱性能.进行了一系列的激光实验,测试了纯SrWO4晶体的拉曼激光性能,及Nd∶ SrWO4晶体的自拉曼激光性能.结果 表明,SrWO4晶体是一个性能优越的拉曼晶体.     

半导体激光倍频晶体硫氰酸汞镉(CMTC)显微结晶的研究

采用显微结晶,系统地观察、研究了半导体激光(LD)倍频材料CMTC晶体在KCl/H2O的溶剂体系中,不同条件下的结晶习性。结果给出：在KCl浓度为3;～10;范围,pH值为3.0～4.3范围时,结晶形态规则,各项生长速度均匀,结晶透明;pH值为2.0～3.0条件下,z轴方向生长速度变快,a轴方向生长速度变慢;杂质严重影响了结晶的质量和外形;溶液稳定性随时间的增长和温度的升高而逐渐变差。本文分析了CMTC单晶生长和定向生长适宜的溶液条件和关键。     

高分辨X射线衍射法研究碳化硅单晶片中的多型结构

我们采用高分辨X射线衍射法对SiC单晶片中的多型结构进行了研究,研究发现在以4H-SiC为籽晶的晶体生长过程中,4H-SiC、6H-SiC、15R-SiC出现两相共存或三相共存现象.在单相、两相或三相共存区,X射线摇摆曲线具有明显不同的特征.根据多型结构,可以对摇摆曲线中的衍射峰进行鉴定.     

负离子配位多面体生长基元与晶体表面结构（Ⅲ）：多型性晶体表面螺旋结构的形成：碳化硅（SiC） 、石墨（C）、云母[KMg3（A1Si3O10）]（OH,F）2,碘化镉（CdI2）、氯化镉（CdCl2）

本文用负离子配位多面体生长基元理论模型讨论了多型性晶体表面螺旋结构的形成,提出在多型性晶体中配位多面体呈层状分布,配位多面体的面为层的边界,上,下层负离子配位多面体不是镜象对称的,在三方晶系和六方晶系的晶体中是沿晶轴a,b错开,上,下两层负离子配位多面体体呈交叉对应,从而达到稳定平衡。晶轴c与负离子配位多面体高次对称轴平行,配位多面体往界面叠合是绕着c轴转动的,其叠加轨迹为螺旋或同心环结构。从多型性晶体螺旋结构的规律性可以看出,晶体生长基元为负离子配位多面体,由于负离子配位多面体的面与呈现螺旋结构的晶面平行,所以生长速度慢,是一个显露面积大的稳态面。螺旋结构只是在该面族上显露。     

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。     

6H-SiC单晶生长温度场优化及多型控制

本文模拟了升华法生长6H-SiC单晶的不同温度场,并进行了相应的生长实验.结果表明:改变石墨坩埚和感应线圈的相对位置,可以改变温度场形状;下移石墨坩埚;可以增大温度场径向温度梯度.在不同的径向温度梯度下,6H-SiC晶体分别以凹界面、平界面和凸界面生长.晶体生长界面的形状和速率影响晶体多型的产生,在平界面,生长速率小于300μm/h的晶体生长条件下,可获得无多型的高质量6H-SiC单晶.     

SiC泡沫陶瓷的凝胶注模制备与表征

以高分子多糖明胶为胶凝剂,采用凝胶注模工艺制备SiC泡沫陶瓷.测量了分散剂加入前后浆料的ζ电位的变化.研究了分散剂四甲基氢氧化铵(TMAH)、明胶加入量、固含量等对SiC浆料流变性能的影响.结果表明:分散剂的加入对SiC颗粒的动力学行为有显著影响.在碱性范围内,ζ电位绝对值随TMAH加入量的增加而增大;明胶的加入明显提高了浆料的粘度;固含量为65;~74;时,为使浆料具有好的稳定性和流动性,同时保证明胶的成胶性能,TMAH和明胶的加入量应分别控制在2.5;左右及5;~7;为宜.制备的泡沫陶瓷由相互贯通的球形孔室构成,孔隙率最高可达到92;,其孔径分布取决于泡沫体孔隙率,对于孔隙率为76;和90;的样品,其孔径分别达到120 μm 和200 μm.泡沫陶瓷的抗弯强度随相对密度增大而提高,相对密度达到25;时,其抗弯强度可达到25.2 MPa.     

单质直接气相生长ZnMgSe单晶

采用高纯Zn、Mg、Se2单质为原料,以NH4Cl作为反应输运剂,用化学气相输运(CVT)的方法一步成功生长出ZnMgSe单晶。通过XRD、RO-XRD、EDS、紫外可见分光光度计和光致发光(PL)技术研究了ZnMgSe晶体的结构、成份以及光学特性。结果表明:ZnMgSe单晶具有良好的结晶性能,在400～800 nm范围内透过率达到40%～50%,在2.2～2.6 eV范围内存在与深能级电子复合相关的发光带。研究证明由Zn、Mg、Se2单质在输运剂NH4Cl辅助下一步直接合成ZnMgSe单晶是可行的。     

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.     

4H碳化硅单晶中的位错

4H碳化硅(4H-SiC)单晶具有禁带宽度大、载流子迁移率高、热导率高和稳定性良好等优异特性,在高功率电力电子、射频/微波电子和量子信息等领域具有广阔的应用前景。经过多年的发展,6英寸(1英寸=2.54 cm)4H-SiC单晶衬底和同质外延薄膜已得到了产业化应用。然而,4H-SiC单晶中的总位错密度仍高达10³~10⁴ cm^-2,阻碍了4H-SiC单晶潜力的充分发挥。本文介绍了4H-SiC单晶中位错的主要类型,重点讲述4H-SiC单晶生长、衬底晶圆加工以及同质外延过程中位错的产生、转变和湮灭机理,并概述4H-SiC单晶中位错的表征方法,最后讲述了位错对4H-SiC单晶衬底和外延薄膜的性质,以及4H-SiC基功率器件性质的影响。     

SiC单晶刻划过程的脆塑性转变特征研究

SiC单晶化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,广泛用于大功率器件产业.但由于其材料的硬度很大,加工非常困难.脆性材料塑性域加工为提高该类材料的表面质量,降低加工时间和成本提供了有效的途径.本文采用不同刀具角度和刀尖圆弧半径的单点金刚石刀具对4H-SiC单晶进行刻划实验,利用声发射、摩擦力传感器来监测刻划过程中声发射信号强度以及摩擦力的变化,并通过Leica DCM3D以及SEM观察划痕沟槽表面形貌、切屑状态,综合分析以获得4H-SiC单晶在不同角度、刀尖圆弧半径下塑脆转变的临界切削深度.结果表明,增大刀具角度有利于塑性域加工;在相同条件下,刀尖圆弧半径越大,临界切削深度越大.     

Application of Infrared ATR Spectroscopy to Liquid Crystals. III

Infrared absorption measurements of nematic N-(p-ethoxybenzylidene)-p'-cyanoaniline (EBCA) under a DC electric field were performed by means of our previously reported ATR method. DC voltages up to 15V were applied to the nematic liquid crystal 15 μm thick between a silicon ATR prism (probing electrode) and an In₂O₃-coated glass electrode (opposite electrode). By using this method the orientational behavior of molecules in boundary layers about 1 μm thick at the Si electrode was investigated.

The threshold voltage for the dielectric orientation varied from 2 to 6 V depending upon the boundary conditions at the opposite electrode, and the maximum degree of order of homeotropic orientation was found to be 0.6–0.7. A storage effect, in which a homeotropic texture induced by the electric field remains unaltered even if the field is removed or reversed, was observed.     

Initial stages of SiC crystal growth by PVT method

Initial stages of SiC crystal growth by Physical Vapor Transport method were investigated. The following features were observed: (a) many nucleation crystallization centres appeared on the seed surface during the initial stage of the growth, (b) at the same places many separate flat faces generated on the crystallization front, (c) the number of facets was dependent on the shape of the crystallization front and decreased during growth, (d) appearance of many facets lead to decrease of structural quality of crystals due to degradation of regions where crystallization steps from independent centres met. The results revealed that the optimal crystallization front should be slightly convex, which permits the growth of crystals with single nucleation centre and evolution of single facet on the crystallization front. The subjects of study were the shape and the morphology of growth interface. Defects in the crystallization fronts and wafers cut from the crystals were studied by optical microscopy, atomic force microscopy (AFM) combined with KOH etching and X‐ray diffraction. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)