γ-LiAlO2晶体的退火研究

利用温度梯度法生长出了透明的γ-LiAlO2单晶,通过扫描电镜和X射线薄膜衍射分析了不同退火气氛对所切得的(001)晶片表面结构的影响.结果表明:1100℃/70h空气和真空中的退火处理使γ-LiAlO2晶片表层变成LiAl5O8多晶,而同温度富锂气氛退火可以有效地抑制锂的挥发,保持了晶格完整性并且提高了晶体质量.     

提拉法生长大尺寸γ-LiAlO2单晶的研究

由于与GaN晶格失配小(约1.4%),γ-LiAlO2单晶有望成为一种很有希望的CaN外延衬底材料.本文使用提拉法生长出了尺寸达φ45×50mm3的γ-LiAlO2单晶.对该晶体毛坯的各个有代表性的位置作了X射线粉末衍射(XRPD)分析,结果表明仅仅在晶体毛坯的底部生成了一种缺锂相(LiAl5O8).γ-LiAlO2晶体化学稳定性差,在室温时轻微水解.当在空气中于1100℃退火70h,γ-LiAlO2晶体挥发出锂组分,在表面产生缺锂相(LiAl5O8).值得注意的是,在γ-LiAlO2晶体的红外光谱区不存在氢氧根吸收带.     

γ-LiAlO2晶体的生长及掺镓研究

由于与GaN晶格失配小(约1.4;),γ-LiAlO2单晶有望成为GaN外延衬底材料.本文首先使用提拉法生长出了尺寸达φ45×50mm3的γ-LiAlO2单晶,然后采用Ga2O3作为掺杂剂,仍用提拉法生长出了三种不同掺镓浓度的LiAl1-xGaxO2(x=0.1,0.2,0.3)晶体,并用X射线粉末衍射(XRPD)分别对晶体及坩锅中剩余的熔体的成份进行了表征.结果表明LiAl-xGaxO2(x=0,0.1,0.2,0.3)晶体归属于γ-LiAlO2结晶结构,Ga3+离子部分地取代Al3+离子,发生分凝且分凝系数小于1.     

CaF2晶体的生长与光学性能

采用导向温度梯度法(TGT)生长CaF2晶体,建立了生长炉内的垂直温度梯度场.研究表明影响晶体质量及光学性能的主要因素包括坩埚材料、温度场、生长程序及原料纯度等.从大量的实验中总结出TGT法生长高质量CaF2晶体的生长条件如下:石墨坩埚;轴向梯度≤2℃/mm;生长降温速率1.5～2.5℃/h;冷却速率≤40℃/h.     

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.     

CaYO(BO3)3晶体坩埚下降法生长

本文首次报道了Ca4YO(BO3)3(YCOB)晶体的坩埚下降法生长.在1600～1650℃炉温下,固液界面处的纵向温度梯度为40～60℃/cm,以0.2～0.6mm/h的生长速率,在近封闭的Pt坩埚中生长出了直径达25mm、长度超过50mm的完整透明YCOB晶体.介绍了生长工艺和原料制备,观察发现晶体中的主要宏观缺陷是包裹体.分析了包裹体生成的原因.     

VTE法制备γ-LiAlO2/α-Al2 O3复合衬底以及腐蚀和退火对其影响

通过气相传输平衡法(VTE)制备了γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底,使用5;的稀盐酸对其进行腐蚀并在900℃退火72h.利用X射线衍射、偏光显微镜及扫描电镜对复合衬底进行了分析,发现在白宝石a面(11-20)和γ面(1-102)均获得单相多晶的γ-LiAlO2,且后者的择优取向好于前者.腐蚀可以提高样品的择优取向,在5;的稀盐酸中,时间控制在2min左右可获得较好的结果.退火后γ-LiAlO2颗粒质量得到改善,白宝石a面上γ-LiAlO2的质量优于r面上的γ-LiAlO2,两者都出现颗粒长大现象.     

AgGaS2晶体生长裂纹研究

从理论和实验上对AgGaS2晶体生长中易产生裂纹甚至开裂的现象与其热应力、晶体尺寸以及温度梯度、生长速率等生长参数之间的关系进行了研究.结果表明:晶体产生裂纹甚至开裂与生长速率、坩埚旋转速率、冷却速率所造成的热应力和热应变有关.采用改进的Bridgman法成功地生长出尺寸为φ12mm×30mm无裂纹的AgGaS2单晶体,给出了制备无裂纹、大尺寸AgGaS2晶体的较佳生长工艺参数.     

坩埚材料对生长CdSiP2晶体表面的影响研究

针对CdSiP2晶体生长过程中,晶体表面与石英坩埚内壁严重粘连甚至开裂的问题,研究了柔性氮化硼(PBN)内衬坩埚生长CdSiP2晶体的新工艺.运用X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别对两种坩埚材料生长的CdSiP2晶体表面元素成分和化学状态进行测试发现,采用石英坩埚生长的CdSiP2晶体表面主要组分元素为33.31;的Si和65.63;的O,晶体表面Si 2p的结合能为103.2 eV,与文献中SiO2的Si 2p结合能一致.进一步的分析表明,高温CdSiP2熔体离解产物与石英材料反应生成SiO2界面层是导致晶体严重粘连,甚至开裂成碎块的重要原因;采用柔性氮化硼(PBN)内衬坩埚能有效解决晶体与器壁的粘连,生长的CdSiP2晶体完整较好,表面层各组分元素含量接近CdSiP2理论化学配比1:1:2,质量较高.     

Bridgman法晶体生长的瞬态数值模拟

采用变形有限元法对坩埚下降法晶体生长过程进行了瞬态数值模拟.对随下降距离生长位置、生长速度、界面位置处的法线方向温度梯度和凹度的变化进行了分析说明,将生长过程划分为三个阶段.结果表明在整个生长过程中,晶体生长条件一直处于变化之中,因而晶体的质量也在整块晶体中呈现一定的波动性.     

坩埚下降法生长La2Ti2O7晶体及其光性能研究

采用高温坩埚下降法生长La2 Ti2 O7晶体,获得的晶体尺寸约为18 mm× 12 mm× 10 mm,其表面出现了一系列(004)解理面.X射线双摇摆曲线表明该晶体具有良好的结晶质量.透过光谱显示退火后的La2 Ti2 O7晶体在可见光范围内是透明的,当波长在800 nm左右时,透过率将显著下降.La2 Ti2 O7晶体的吸收边出现在500 nm波长附近.光折射指数分析表明退火La2 Ti2 O7晶体具有高的折射率.折射率色散方程确定为n2(λ) =4.61643 +0.16198/(λ2-0.01547) -0.47201λ2,利用该公式可计算出300～1680 nm范围内任意波长下的折射指数n值.     

温梯法生长CaF2晶体中包裹物的研究

本文对温度梯度法生长的氟化钙(CaF2)晶体中的包裹物进行了研究,用光学显微镜和SEM观察了包裹物的形貌,对晶体中的包裹物和透明部分作了微区EDX成分分析,对包裹物所含的杂质进行了解释,提出了减小或消除包裹物的措施.分析结果表明:包裹物的主要成分是碳和氧,碳来源于石墨坩埚和石墨发热体,而杂质氧则来源于原料中的含氧化合物和生长过程气氛中氧的进入.     

坩埚下降法在新材料探索及晶体生长中的应用

坩埚下降法是一种重要的晶体生长技术,成功用于生长闪烁晶体锗酸铋(Bi4Ge3O12)、声光晶体氧化碲(TeO2)、压电晶体四硼酸锂(Li2B4O7)以及新型弛豫铁电晶体等材料,并实现了产业化.坩埚下降法在层状结构晶体、异型晶体、高通量生长等新材料探索中也有巨大的潜力.本文主要介绍我们团队近年来在坩埚下降法生长硒化锡(SnSe)晶体、全无机铅卤基钙钛矿晶体、高温合金、硅酸铋晶体高通量筛选等方面的研究结果.     

降温速率对三维温度梯度法蓝宝石单晶影响的数值模拟

通过有限元分析方法对三维温度梯度法(3DGF)单晶炉内的温场进行数值模拟计算,发现固液交界面附近存在较大的温度梯度,易导致晶体开裂;通过改进坩埚内壁锥度,调整底部隔热屏的结构,选择合适的降温程序取得了较好的实验效果.结果表明,在三维温度梯度法蓝宝石晶体生长过程中,合适的温度梯度和控温程序能够缩短生长周期,提高晶体质量.     

影响生长大尺寸和高质量β-BBO晶体的因素

本文讨论顶部籽晶法各种生长条件对大尺寸、高质量β-BaB2O4晶体的影响,诸如助熔剂、温度梯度、晶体转速、降温速率、籽晶方向等晶体生长工艺参数.采用NaF作为助熔剂、[001]向的定向籽晶、接近液面温度梯度为3～8℃/cm、5～20r/min的转速、0.05～0.1℃/h降温速率的生长工艺,使用直径为100mm的铂坩埚,成功地生长出100mm×40mm、光学均匀性为4.326×10-6的大尺寸高质量的β-BBO晶体.     

坩埚下降法钨酸铋钠晶体生长及其生长面研究

本文用坩埚下降法自发成核的方法生长了钨酸铋钠NaBi(WO4)2晶体,得到了尺寸达18×18 × 52 mm3的透明晶体.研究了该晶体的生长面,发现晶体的生长面以(001)面为主,并运用布拉维(Bravais)法则和负离子配位多面体生长基元理论对这一现象进行了分析.     

β‘—Gd2（MoO4）3晶体生长中的过冷现象研究

对电阻加热引上法和感应加热引上法生长β‘-Gd2(MoO4)3晶体的实验结果进行了比较，分析了两种方法生长晶体过程中熔体过冷和组分过冷的情况。研究认为组分过冷主要与生长过程中MoO3的挥发，Gd2(MoO4)3熔体的粘度及固液界面的温度梯度有关，并认为感应加热引上法较之电阻加热引上法容易得到优质晶体。     

Fe:LiNbO3单晶的坩埚下降法生长及其成分不均匀性研究

本文报道了用坩埚下降法生长Fe:LiNbO3晶体的新工艺.通过选择合适的原料配比、控制固液界面的温度梯度为20～40℃/cm及晶体生长速度0.8～1.5mm/h,生长出掺杂0.04mol;Fe2O3的无宏观缺陷LiNbO3单晶.XRD图谱和DTA曲线用来表征所得晶体,并且测定了从晶体下部到上部的紫外可见吸收光谱.结果表明:沿生长方向,晶胞参数a、c增大,熔点降低,晶体中的Fe2+浓度呈增加趋势,作者分析了造成成分不均匀分布的原因.     

泡生法蓝宝石单晶不同生长阶段的数值模拟研究

针对泡生法蓝宝石单晶生长的不同生长阶段的温场、流场和固液界面形状进行数值模拟研究.并分析了加热器相对坩埚的轴向位置和不同生长速率对蓝宝石单晶生长的影响.结果表明:在蓝宝石单晶生长中,在靠近坩埚壁面和固液界面的熔体内,等温线密,温度梯度较大;在靠近坩埚底部的熔体内,等温线稀疏,温度梯度较小.随着晶体高度的增加,熔体对流由放肩阶段的两个涡胞变成等径阶段的一个涡胞,熔体平均温度有小幅度下降;加热器相对坩埚的轴向位置对晶体生长炉内温场和固液界面形状影响很大,随着加热器位置上移,晶体内平均温度升高,温度梯度减小;熔体内平均温度降低,温度梯度增大.同时固液界面凸度增大.随着晶体生长速率增大,固液界面凸度增大,界面更加凸向熔体.     

温梯法Al2O3晶体位错形貌分析

用温度梯度法(Temperature Gradient Technique,简称温梯法或TGT法),定向籽晶[0001]方向,生长出φ110mm×80mm Al2O3单晶,晶体完整、透明.采用硼酸钠玻璃液作为Al2O3晶体的化学抛光和化学腐蚀剂,观察了晶体不同部位处(0001)、(112-0)晶片的化学腐蚀形貌相,(0001)切片的位错腐蚀坑呈三角形,位错密度为2×103～3×103/cm2;(112-0)切片位错腐蚀坑呈菱形,位错密度为7×103～8×103/cm2;而且等径生长部位的完整性比放肩处高.利用同步辐射X射线白光衍射实验分析了(0001)晶片的(2-021),(11-01)和(112-0)衍射面内的位错组态.确定了两组位错线的Burgers矢量,温梯法生长的Al2O3晶体中的位错主要是刃型位错.