新型压电晶体Sr3 Ga2 Ge4 O14的性能表征

采用坩埚下降法以及坩埚密封技术,成功生长了直径50mm的新型压电晶体Sr3Ga2Ge4O14.测试了晶体的晶格常数、热膨胀系数、密度、硬度和透过光谱等基本物理性能.测试结果表明:晶体热膨胀系数明显小于石英晶体,而且α11和α33相对比较接近,有利于该晶体用作声表面波用基片材料.在250～2500nm波段范围内,其透过率均大于80;,优于相同结构的La3Ga5SiO14晶体,是一种潜在的激光基质晶体材料.     

Nd~(3 )∶Sr_3Ga_2Ge_4O_(14)晶体的生长及吸收光谱

采用坩埚下降法生长了Nd3 掺杂浓度分别为 15 %、8%和 2 .5 %原子分数的Sr3 Ga2 Ge4O14 晶体 ,所得晶体最大尺寸为2 6mm× 15mm。Nd3 掺杂Sr3 Ga2 Ge4O14 晶体的特征吸收峰波长为 80 6nm ,与Nd3 离子在YAG中的特征吸收峰相比 ,向短波方向发生了微小的偏离。这是Sr3 Ga2 Ge4O14 晶格中Ga3 和Ge4 的统计分布所致。Nd3 ∶SGG晶体的这些特性将有助于泵浦效率的提高和泵浦阈值的降低 ,因此Nd3 ∶SGG晶体有望成为一种新型的LD泵浦固体激光材料。     

Nd3+:Sr3Ga2Ge4O14晶体的生长及吸收光谱

采用坩埚下降法生长了Nd3+掺杂浓度分别为15;、8;和2.5;原子分数的Sr3Ga2Ge4O14晶体,所得晶体最大尺寸为φ26mm×15mm.Nd3+掺杂Sr3Ga2Ge4O14晶体的特征吸收峰波长为806nm,与Nd3+离子在YAG中的特征吸收峰相比,向短波方向发生了微小的偏离.这是Sr3Ga2Ge4O14晶格中Ga3+和Ge4+的统计分布所致.Nd3+:SGG晶体的这些特性将有助于泵浦效率的提高和泵浦阈值的降低,因此Nd3+:SGG晶体有望成为一种新型的LD泵浦固体激光材料.     

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.     

LiNbO3晶体的坩埚下降法生长

通过选择合适的原料配比(Li2O 48.6mol;,Nb2O5 51.4mol;),控制固液界面处的温度梯度为20～40℃/cm,晶体生长速度为0.6～1.5mm/h,采用密闭条件下的坩埚下降法工艺成功地生长出了具有良好光学均匀性的完整LiNbO3单晶.用X射线粉末衍射表征获得的LiNbO3晶相,讨论了若干工艺条件对晶体组分与质量的影响.测定了未密闭条件下生长的LiNbO3晶体不同部位样品的紫外可见光谱,发现其吸收边沿生长方向发生红移,并讨论了产生此现象的原因.     

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.     

Li/Nb比变化对Ce：Fe：LiNbO3晶体的光折变性能的影响

在LiNbO3晶体中掺进0.1wt?O2和0.03wt?2O3以Czochralski技术生长不同Li/Nb比(0.94、1.20、1.40)Ce:Fe:LiNbO3晶体,其中Li/Nb=1.40的Ce:Fe:LiNbO3晶体是化学计量比.测试了不同Li/Nb比Ce:Fe:LiNbO3晶体抗光损伤能力,得到随着Li/Nb比的增加,晶体的抗光损伤能力增加.研究了晶体抗光损伤能力增强的机理.随着Li/Nb比的增加,晶体的响应速度和光折变灵敏度增加.测试不同Li/Nb比Ce:Fe:LiNbO3晶体位相共轭效应,利用产生的位相共轭光波消除图像的位相共轭畸变.利用Li/Nb=1.40的Ce:Fe:LiNbO3晶体做记录介质,Li/Nb=1.20的Ce:Fe:LiNbO3晶体作位相共轭镜进行全息关联存储实验.实验结果表明,存储系统具有实时处理,成像质量好,信噪比高和可反复使用的优点.     

双掺杂铌酸锂晶体的生长及其光折变性质

采用提拉法以固液同成分配比(Li2CO3/Nb2O5＝48.6/51.4)生长了Fe掺杂及(Zn,Fe)、(Mg,Fe)和(Ce,Fe)双掺杂LiNbO3(LN)单晶.Ce:Fe:LiNbO3晶体的质量,指数增益系数和衍射效率皆高于Fe:LiNbO3晶体.所测得(Zn,Fe):LN、(Ce,Fe):LN、(Mg,Fe):LN和Fe:LiNbO3晶体的抗光致散射能力分别为8.2×103,3.2×102,8.3×102和1.2×102W/cm3;在488nm光进行的光折变实验中还原处理后的(Ce,Fe):LiNbO3晶体具有最高的二波耦合增益系数,为40.2cm-1,其全息衍射效率可达82.2%;实验结果表明(Zn,Fe):LiNbO3和(Mg,Fe):LiNbO3具有抗光散射能力强,响应时间短的特点,而(Ce,Fe):LiNbO3的增益系数和衍射效率均为最高,明显优于Fe:LiNbO3晶体.     

助熔剂提拉法生长化学计量比LiNbO3晶体

利用助熔剂提拉法,分别从掺入11mol;K2O的同成份LiNbO3熔体中和从掺入19mol;*!K2O的化学配比LiNbO3熔体中生长出高质量近化学计量比LiNbO3单晶.对这两种从不同配比熔体中生长的晶体进行光谱分析表明,与同成份比LiNbO3相比较,其紫外吸收边出现明显蓝移,OH红外吸收峰的位置和线宽也都有显著的变化.室温极化反转测试显示,两种晶体的矫顽场分别为4.4kV/mm和0.8kV/mm.根据所得测量结果,估计两种晶体中Li2O的含量分别为49.6mol;和49.9mol;.其中从掺19mol; K2O化学配比LiNbO3熔体中生长出的LiNbO3单晶的Li2O含量已非常接近50mol;的化学配比.进一步优化生长工艺,获得成份均匀、大尺寸化学计量比晶体的工作正在进行中.     

A3BGa3Si2O14(A=Ca,Sr;B=Nb,Ta)晶体研究进展

介绍了一类性能优异、结构有序的新型材料--A3BGa3Si2O14(A=Ca,Sr;B=Nb,Ta)单晶,总结了其研究进展,并对该类晶体的生长、结构、热学、光学和压电性能进行了描述.     

Bridgman growth of langasite‐type piezoelectric crystals

Three langasite family crystals of Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄ (SGG), Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄ (CNGS), and Sr₃NbGa₃Si₂O₁₄ (SNGS) were successfully grown by the modified Bridgman method. Among them, SGG crystals up to 2 inches were obtained with the multi‐crucible industrial Bridgman furnace; SNGS crystal grown in any orientation direction other than along a‐axis was realized. Commercially availability SGG boules and the advantage in SNGS crystal indicated that the modified Bridgman technique is a prospective method to realize the mass‐production of the langasite‐type crystals. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Growth of Nd:Sr3Ga2Ge4O14 crystals by a modified Bridgman method

Bridgman growth of Nd:SGG (Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄) crystals has been investigated for the first time. Pt crucible of ∅︁25mm×250mm with a seed well of ∅︁10mm×80 mm is used, and seed is SGG crystal of ∅︁10mm×50mm grown by Bridgman method in advance. The growth parameters are optimized as the furnace temperature is set to 1450∼1500°C, temperature gradient in the crystal‐melt interface is less than 25 K/cm and growth rate is less than 0.5mm/h. The Nd:SGG crystals with 25mm in diameter and 60mm in length are grown successfully from 1.5 to 8at% Nd³⁺ doped stoichiometric Sr₃Ga₂Ge₄O₁₄ melt. The distribution coefficient and concentration of Nd³⁺ in Nd:SGG crystals are obviously higher than those of Nd:YAG crystal. (© 2007 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

高温下锂离子在低掺镁铌酸锂晶体中的扩散

研究了高温富锂气氛下锂离子在低掺镁铌酸锂晶体中的扩散.采用气相输运平衡法制备了掺杂1mol; MgO的不同锂含量的铌酸锂(Mg1LN)晶体,采用热分析仪测试了晶体的居里温度.制备了一系列不同锂含量的Mg1LN多晶料,拟合了晶体锂含量与居里温度的关系.采用Boltzmann-Matano法求解了扩散方程.结果表明,扩散温度为1100 ℃时,Mg1LN晶体中锂离子扩散系数为3.2×10-9~13.0×10-9 cm2/s,当扩散温度为1145 ℃时锂离子扩散系数约是1100 ℃时扩散系数的三倍.因此,适当提高扩散温度是提高气相输运平衡法制备近化学计量比低掺镁铌酸锂晶体效率的有效办法.     

Development of the Growth Technology of Highly Homogeneous Semiconductor Crystals

Different technological solutions for growing GaSb(Te) and Ge(Ga) single crystals, making it possible to optimize the growth of highly homogeneous (at the microlevel) semiconductor crystals by the Bridgman method, are described. The possibility of implementing steady-state growth conditions (providing uniform dopant distribution over the crystal) has been experimentally confirmed.

     

Ga segregation during Czochralski-Si crystal growth with Ge codoping

The segregation of Ga during the growth of Czochralski-Si crystals with Ge codoping was investigated. The effective segregation coefficient of Ga in Ga/Ge-codoped Si crystal growth was nearly constant over a wide Ge concentration range, even at high Ge concentrations of about 10²¹ cm⁻³. In contrast, the effective segregation coefficient increased at high B concentrations in Ga/B-codoped CZ-Si crystal growth. The segregation behavior of Ga in Ga/Ge- and Ga/B-codoped CZ-Si crystal growth was theoretically compared. The difference in the segregation coefficients of Ga as a function of the codoped impurity (Ge or B) between the two Si crystals was attributed to a difference in the excess enthalpy due to impurity incorporation into the Si crystal between Ga–Ge pairs and Ga–B pairs     

Investigation of the Intrinsic Defects of LiTaO3 Crystals by NMR Spectroscopy

Crystallography Reports - The nuclear magnetic resonance (NMR) of 7Li and 6Li nuclei in a LiTaO3 single crystal sample of congruent composition has been experimentally investigated. It is found...     

液相外延法制备LiNbO3薄膜的研究和进展

讨论了液相外延法制备LiNbO3薄膜过程中,衬底和助熔剂的选择对LiNbO3薄膜制备的影响及掺杂改性问题,简要地介绍了LiNbO3薄膜的一些性能及光学应用.研究表明,目前可用液相外延法在LiTaO3、掺镁(5mol;)的同成分LiNbO3及纯的同成分或近化学计量比LiNbO3单晶衬底上制备出具有较高光学质量的LiNbO3薄膜.讨论了液相外延法制备LiNbO3薄膜过程中存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向.     

Zn,Co双掺杂近化学计量比LiNbO_3晶体的生长及性能

以K_2O为助熔剂,应用坩埚下降法生长出了Co~(2+) 初始浓度为0.5 mol;,以及ZnO分别为3 mol;与6 mol;的单掺与双掺杂SLN晶体(分别用SLN0, SLN3, SLN6表示).测定了晶体上下部位的吸收与发射光谱.在晶体的吸收光谱中均可观察到520 nm,549 nm,612 nm,1447 nm四个吸收峰,表明Co~(2+)处于晶体的八面体场中.ZnO的掺入明显地改变了吸收峰的相对强度.在520 nm光的激发下,观察到776 nm的荧光发射,其荧光强度的相对强弱也与ZnO的掺杂量有明显的联系.从吸收边带估算出SLN0, SLN3, SLN6晶体中Li2O的含量分别为49.06 mol;,49.28 mol;, 49.10 mol;.ZnO的掺杂量对Co~(2+)在铌酸锂晶体中的浓度分布有很大的影响作用,当ZnO的掺入量为3 mol;时,明显地抑制了Co~(2+)在LiNbO_3晶体中的掺入,当ZnO掺杂量达到6 mol;时,抑制作用减弱.本文从Zn~(2+)在LiNbO_3中随浓度变化的分凝情况以及对Co~(2+)的排斥作用解释了Co~(2+)在晶体中的分布特性以及光谱的变化情况.     

Ge掺杂β-Ga2O3晶体的发光性能研究

采用浮区法(FZ)生长Ge掺杂β-Ga2O3晶体,利用XRD和Raman光谱研究了掺杂对晶体结构的影响.透射光谱测试表明,随着Ge离子掺杂浓度增加,Ge∶ β-Ga2O3晶体光学带隙增大.在4.67 eV紫外光激发下,Ge∶ β-Ga2O3晶体的发光强度与β-Ga2O3晶体相当,发光衰减时间比β-Ga2O3晶体更快.