磷硅镉多晶合成的防爆工艺研究

分析了磷硅镉(CdSiP2)多晶合成过程中产生爆炸的原因.采用双层石英安瓿作为反应容器和低温区域在炉管中部的合成炉.在合成低温阶段采用气相输运技术使原料分步反应,防止P蒸气压过高引起爆炸,在合成高温阶段采用机械振荡与熔体温度振荡相结合的方法使元素化合反应充分、完全,避免了合成中间产物聚集引起容器爆炸,成功合成出了完整、光滑、致密的CdSiP2多晶锭.采用X射线衍射(XRD)对多晶锭进行分析,结果表明:合成材料为高纯单相的CdSiP2多晶体,为CdSiP2单晶体的生长奠定了可靠基础.     

CdSiP2多晶提纯与单晶生长

采用重结晶技术,对CdSiP2多晶进行快速下降提纯,以提纯后的晶锭为原料,利用改进的垂直布里奇曼法生长出CdSiP2单晶体,尺寸达φ18 mm×51 mm.经能量色散仪(EDS),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)以及电感耦合等离子体光谱仪(ICP)测试表明,重结晶提纯能有效降低CdSiP2多晶中Fe、Mn等影响晶体性能的微量元素含量,获得高纯四方黄铜矿结构的CdSiP2多晶材料.采用X射线衍射仪和红外傅立叶变换分光光度计分别对生长的CdSiP2单晶体自然解理面与厚度2 mm的CdSiP2晶片进行测试,获得了{101}晶面族六级衍射峰,晶片在2～7μm波段范围的红外透过率高于53;,对应的吸收系数低于0.09 cm-1.上述研究结果表明,采用提纯后原料生长的CdSiP2单晶体结晶性好,光学性能优良,可进一步用于制作CdSiP2激光频率转换器件.     

黄铜矿结构中红外高功率非线性光学晶体及其器件研究

本文论述了黄铜矿结构中红外高功率非线性光学晶体ZnGeP2、CdGeAs2和CdSiP2的研究进展。以高纯(6N)Ge、Si、Zn、Cd、P和As单质为原料,按化学计量比并富P 0.1～0.5%和适当富Cd和As配料,采用气相输运和熔体机械相结合的新方法,有效地克服了合成容器爆炸等问题,成功地合成出高纯单相的ZnGeP2和CdSiP2多晶材料;采用高温机械和温度振荡、以及快速降温法,有效地避免了杂相形成,合成出高纯单相的CdGeAs2多晶材料。采用改进的Bridgman法,生长出较大尺寸的ZnGeP2、CdGeAs2和CdSiP2单晶体,并制备出ZnGeP2光参量振荡器(ZGP-OPO)和CdGeAs2(CGA)倍频器件,采用2.1μm泵浦的ZGP-OPO获得3.5～5μm中红外激光调谐输出。结果表明:ZnGeP2、CdGeAs2和CdSiP2晶体,是中红外高功率激光频率转换最有前途的先进新材料。     

磷锗锌多晶合成过程的中间生成物研究

两温区气相输运法合成ZnGeP2多晶过程中,易生成一些高熔点的杂质,导致合成材料的纯度较低.选取ZnGeP2多晶合成过程中几个重要温度的合成产物,进行X射线衍射(XRD)和能谱色散分析(EDS),结果表明:ZnGeP2多晶合成过程的中间生成物主要为Zn3P2、ZnP2和GeP等.根据分析结果,对合成工艺进行了改进,合成出外观完整、内部致密的ZnGeP2多晶锭.用XRD进行分析,结果表明:改进工艺后合成的是高纯单相ZnGeP2多晶材料,为高质量单晶体生长奠定了可靠基础.     

CdSiP2多晶合成的热力学研究

采用离子型化合物函数模型,对CdSiP2多晶合成过程的反应焓、熵、Gibbs自由能以及化学平衡常数等热力学参数进行了计算,在1473 K合成CdSiP2多晶时,系统的焓变ΔrHT<0,熵增加值ΔrST为负,Gibbs自由能ΔrGT=-29.68 kJ/mol,平衡常数KT=11.289。结果表明:在1473 K合成CdSiP2多晶,化合反应速率很大,反应充分,产物生成率高,系统趋于稳定。根据计算结果提供的温度1473 K进行CdSiP2多晶合成实验,获得了外观呈紫红色,完整致密的多晶锭,经X射线衍射和光电子能谱分析表明,合成产物为高纯、单相的CdSiP2多晶材料。采用合成的多晶料为原料进行单晶生长,获得了结晶性较好的CdSiP2单晶体。     

两温区气相输运和机械振荡合成ZnGeP2多晶材料

ZnGeP2多晶的合成是其单晶生长的前提和基础,多晶材料的质量是生长高质量单晶的关键.因此,要获得高质量的ZnGeP2单晶体,必须提供高质量的ZnGeP2多晶材料.对两温区气相输运机械振荡法合成ZnGeP2多晶材料的工艺进行了研究,利用高纯(6N)P、Ge、Zn单质为原料,采用两温区气相输运和机械振荡合成出了ZnGeP2多晶材料.合成出的多晶材料经比重测试和X射线粉末衍射测试证明与标准值一致.采用改进的布里奇曼法生长出外观完整、无裂纹的φ15 mm × 25 mm单晶体,在2.5～10 μm范围内红外透过率达50;以上.     

中红外非线性光学晶体CdSiP2的合成与生长

本文以P,Si,Cd为原料采用双温区法合成出140 g的高纯CdSiP2多晶料锭,分别采用自发形核和施加籽晶的垂直Bridgman法生长出φ12 mm×40 mm和φ15 mm×50 mm优质CdSiP单晶体.所生长的晶体中无宏观散射颗粒,(004)面的单晶摇摆曲线的半峰宽为40".透过光谱表明CdSiP2晶体在2～6.5tμm的透过率达到57;,接近其理论最大值.辉光放电质谱检测到晶体中含有少量的Fe、Cr、Mn、Ti等过渡金属.电子顺磁共振波谱检测到Fe+和Mn2的存在,这些杂质可能会引起晶体在近红外波段的光学吸收.     

新型红外晶体硫锗镓银的多晶合成

本文直接使用高纯Ag,Ga,Ge,S单质作为原料合成AgGaGeS4多晶.为防止S蒸气高压使多晶合成管炸裂,采用双温区气相输运的合成方法.对合成的多晶作粉末衍射(XRD)分析,衍射图谱与标准JC-PDF卡片上峰值位置一致,表明样品为高纯单相AgGaGeS4多晶.使用该多晶原料成功生长出了优质单晶,并对合成工艺中存在的关键问题进行了讨论.     

AgGaS2多晶合成工艺改进研究

按同成分熔化点配料,采用改进了合成温控条件的双温区气相输运法成功合成出AgGaS2多晶原料,通过精确控温,有效避免了反应过程中由S蒸汽压过大引发的合成石英安瓿炸裂,提高了AgGaS2多晶合成的质量和成功率.经过XRD、DSC测试分析,结果表明:经改进方法合成的AgGaS2多晶材料是高纯单相、均匀致密的,为高质量AgGaS2单晶的生长提供了优质原料.     

碲铟汞晶体的生长研究

以高纯Hg、In、Te单质为原料,在摇摆合料炉中成功地合成了HgInTe多晶原料,并且利用该多晶原料,在特殊设计的坩埚中,成功地生长了HgInTe单晶体.X射线衍射分析证明,所生长的HgInTe晶体为缺陷闪锌矿结构,晶格常数a=0.6293nm,是一种高质量的完整单晶体.