生长气氛和速度在金红石(TiO2)单晶体生长中的作用研究

本文研究了生长气氛和生长速度在焰熔法金红石单晶体生长中的作用,对比了晶体在空气中与在氧气中退火的结果,测定了晶体试样的摇摆曲线和透过率.研究表明:金红石单晶体的生长受炉膛气氛、生长界面温度和生长速度的影响;炉膛气氛决定晶体能否形成,是关键因素;炉膛气氛中的氧分压大于液固界面(即生长界面)处熔体的氧离解压是生长完整晶体的前提条件;晶体在退火过程中消除热应力,但更重要的是通过氧化反应消除氧空位,在氧气氛中退火,可明显缩短退火时间.在所优化的实验条件下制备的晶体,完整性较好,透过率为70～72;,与商用晶体的透过率基本一致.     

焰熔法生长金红石单晶体生长室内温度分布的数值模拟

以氢气和氧气的燃烧为基础,研究了焰熔法生长金红石单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H2和O2流量对温度分布的影响.结果表明:中心轴向温度随喷嘴距离的增加而升高,在距喷嘴92 mm处达到最高温度3290.3 K后开始下降;晶体熔帽径向温度随直径的增加逐渐减小,熔帽边缘温度则急剧升高;随着H2流量增加,生长室内中心轴向和径向温度逐渐增大,H2流量增加2L/min,中心最高温度平均升高130℃,最高温度的位置向下移3.1mm,晶体熔帽表面温度平均升高70℃;增加内O2和外O2流量均导致生长室内中心轴向和径向温度降低,而使晶体熔帽上的压力升高,外O2对温度的影响较大,而内O2对晶体熔帽压力的影响较大.     

大尺寸氟化钡晶体的生长

通过软件模拟设计合理的炉体温场结构,并对晶体原料的提纯及生长工艺条件进行优化,采用改进的坩埚下降法成功地制备出了大尺寸、高质量的氟化钡晶体.晶体的透过率在0.2 ～10 μm波长范围内高于85;,最高透过率约为94;.     

TiOCl2溶液微波加热制备金红石型TiO2纳米粒子

本文报道了一种由TiOCl2液相直接合成金红石型TiO2纳米粒子的新方法,即微波诱导沸腾回流强迫水解法,用该法制备出常规条件下不能得到的产品.所得产物用粉末X射线衍射仪和透射电子显微镜表征,证明产物为金红石型,粒子尺寸5～30nm可控.研究表明,产物物相取决于Ti4+的初始水解速率,水解速率越快,越有利于金红石相成核;通过控制初始Ti4+的浓度,可改变纳米TiO2的粒径.另外还讨论了该金红石型TiO2纳米粒子的成核机理.     

稀土元素(Ce/Nd/Eu/Gd)与N共掺金红石相TiO2的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法,计算分析了纯金红石相TiO2,Ce、Nd、Eu和Gd四种稀土元素单掺杂金红石相TiO2,以及与N共掺金红石相TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质.由掺杂前后的结果分析发现,掺杂后晶胞膨胀,晶格发生畸变;费米能级上移进入导带,导带底部引入杂质能级,提高了掺杂体系的电导率和对可见光的响应;光学性质、介电函数和吸收谱掺杂体系峰值比纯TiO2小,反射谱和能量损耗谱出现红移现象.     

稀土正硅酸盐-Y2SiO5单晶体的提拉法生长

用提拉法晶体生长工艺已成功地生长出正硅酸盐-Y2 SiO5单晶体.使用设备是一台中频感应加热炉.文中讨论了高光学质量掺Eu离子Y2 SiO5单晶体的生长工艺,已生长的晶体毛坯直径达35mm,长130mm、质量为460g、光学质量良好.     

碘化铅(PbI2)单晶体的生长研究

本文以高纯Pb、I2单质为原料,在特殊设计的密闭石英安瓿中,采用两温区气相输运方法成功合成出PbI2多晶原料,避免了安瓿的爆炸.以此为原料,用垂直Bridgman法生长出尺寸为φ15mm×30mm的PbI2单晶锭.该晶锭外观完整、呈橙黄色、半透明状,其电阻率为1010Ω·cm量级,X射线衍射分析获得了(001)面的四级衍射谱,表明该晶体是结构完整的单晶体,可用于探测器的制作.     

顶部籽晶法生长大尺寸CsLiB6O10晶体

以高纯硼酸、碳酸锂和碳酸铯为原料,摩尔比硼酸:碳酸锂:碳酸铯=11:1:1,采用顶部籽晶法,生长出尺寸为65 mm×22 mm×12 mm CsLiB6O10(CLBO)单晶,探讨了影响CLBO晶体生长的因素.对生长出的CLBO晶体的相关光学性质进行了研究.CLBO晶体的光学均匀性为3.6×10-5/cm,透过光谱表明该晶体的透光范围为185 nm到2790 nm,其紫外吸收边低于185 nm;用Maker干涉条纹测定了CLBO晶体的非线性光学系数为:d36(CLBO)=1.8d36(KDP).     

ZnGeP2单晶生长温场研究

根据ZnGeP2(ZGP)晶体的生长特性,自行设计组装了三段式独立控温生长炉,优化了温场分布.采用改进的垂直布里奇曼法成功生长出外观完整、无裂纹的ZGP单晶体,尺寸达15 mm×35 mm.对晶体进行解理实验和X射线衍射分析,发现ZGP晶体易沿(101)面解理,其回摆峰尖锐无劈裂.对未经退火处理的晶片进行红外透过率测试,在2～12 μm波段内红外透过率达45;以上.研究结果表明所设计的温场适合于ZGP单晶生长,生长出的ZGP晶体完整性好、质量较高.     

绿柱石晶体的水热法生长及特征研究

采用温差水热法,以分析纯的Al(OH)3和BeO以及无色纯净的石英为原材料,球形和//s(1121)的片状无色绿柱石为籽晶,在复杂的盐酸混合溶液中生长了无色透明的绿柱石晶体.利用双圈反射测角仪、电子探针、X射线衍射仪和红外光谱仪等仪器,对合成绿柱石晶体的形态、成分及晶体结构进行了详细的研究.结果表明,合成的绿柱石晶体为六方短柱状,主要发育平行双面c{0001}、六方柱m{1010}、a{1120}和六方双锥p{1011}四种单形.合成的绿柱石晶体的成分中(Na2O+ K2O)的质量分数约为0.59;,且c0/a0值为0.9988,可归属于"正常"绿柱石向"四面体"绿柱石的过渡范畴.在中性或弱碱性环境体系中,通过调整绿柱石中各成分的百分含量,有望在更低的温度、压力条件下合成出高质量的板柱状绿柱石晶体.     

CZ法生长参数对TeO2晶体质量的影响

本文主要讨论CZ法生长TeO2晶体中温度梯度、拉速、转速等工艺参数对晶体质量的影响,分析了晶体开裂、包裹物等宏观缺陷以及位错等微观缺陷的形成机理.从晶体形态、包裹体和位错密度变化等方面探讨了晶体生长参数与晶体缺陷之间的内在关系.     

钼酸铅单晶生长及其缺陷研究

本文通过CZ法生长钼酸铅单晶,讨论了温度梯度、拉速、转速等生长参数对晶体质量的影响,分析了晶体开裂、包裹物等宏观缺陷以及位错等微观缺陷的形成机理,并从晶体形态、包裹体和位错密度变化方面探讨了晶体生长参数与晶体缺陷之间的内在关系,从而优化温度梯度等生长参数.温度梯度为20～25℃/cm,晶体转速为28r/min,拉速为1.6mm/h时,生长出的晶体形态完整,无开裂现象,晶体中无气泡包裹体,位错密度明显减小,晶体尺寸达φ40mm×70mm,无散射颗粒,在波长0.42～5.5μm范围内,平均透光率为72.6;.     

锗酸铅(Pb5Ge3O11)铁电单晶的生长与缺陷研究

采用坩埚下降法成功生长了铁电锗酸铅(Pb5Ce3O11)单晶.所用Pt坩埚尺寸为φ25mm × 200mm和φ10mm×60mi,炉温控制在高于熔点50～80℃,固液界面温度梯度小于25℃/cm,生长速率小于0.5mm/h.所得晶体呈浅棕色,最大尺寸达φ25mm×60mm.采用光学显微镜(OM)及电子探针(EPMA)研究了所得晶体的生长缺陷(气泡、包裹体等),讨论了产生这些缺陷的原因,提出了控制及减少此类缺陷的方法.     

蓝宝石晶体的生长方向研究

本实验采用提拉法,在中频感应加热单晶炉内,进行了不同生长方向蓝宝石晶体的生长工作,分别取[11-20]和[0001]生长的晶体c面(0001)的晶片.通过应力仪、显微观测和X射线衍射等方式对晶片的位错密度等微观缺陷以及晶体结构进行了检测.实验表明:不同的生长方向生长得到的蓝宝石晶体的质量存在一定的差别,一般情况下,[11-20]方向生长的蓝宝石晶体质量优于[0001]方向生长的晶体.     

工业晶体生长

本文考察了一些典型的晶体材料及其工业生长技术,如提拉法生长硅单晶,水热法生长水晶,VGF法生长GaAs,下降法生长锗酸铋,壳熔法生长锆石等,探讨了工业晶体生长的特点和发展方向.     

SrTiO3单晶体生长过程中的溢流问题

本文以氯化锶和氯化钛为原料,采用控制水解法制备SrTiO3原料粉末,使用焰熔法生长了SrTiO3单晶体.晶体生长参数为:原料粉末粒度为-200+250目,炉膛气氛的氢氧比H/O为6.00,生长速度为12mm/h,获得了直径30mm,长60mm的单晶.晶体生长过程中,晶体顶部熔体的溢流是妨碍获得大尺寸完整晶体的一个最主要的问题.本文详细讨论了SrTiO3单晶体生长过程中的溢流的成因和解决办法.     

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.