砷化锗镉晶体的合成与生长

砷化锗镉(CdGeAs2)晶体是一种重要的中远红外波段非线性光学晶体,非线性光学系数高达236pm/V[1]。此外,晶体的透光波段宽(2.4~18μm)[2],双折射率适中(ne-no=0.1)·K)[3],具有广泛的应用前景。本文采用单温区法合成了CdGeAs2多晶原料。采用可视温梯冷凝法生长了大尺寸,低吸收系     

AgGa1-xInxSe2单晶的生长研究

采用高纯(99.9999;)Ag、Ga、In和Se单质为原料,按化学计量比富Se0.3～0.5;配料,通过机械振荡和温度振荡相结合的方法合成出单相高致密AgGa1-xInxSe2多晶材料.以此为原料采用布里奇曼法生长出外观完整的尺寸为φ15mm×25mm的AgGa1-xInxSe2单晶锭(x=0.2).沿自然显露面对晶体进行了解理和X射线衍射分析,发现该面是(101)面.同时进行了红外透过率测试,其红外透过率为41;.     

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。     

HPVB法生长的CdSe单晶性能研究

采用有籽晶的高压垂直布里奇曼法(HPVB)生长了直径35 mm的大尺寸CdSe单晶.使用X射线衍射仪测试了晶体的结晶质量,结果表明生长的晶体为纯六方相CdSe单晶,(002)晶面的摇摆曲线峰型尖锐且对称性好,峰值半高宽(FWHM)可达0.082°.使用辉光放电质谱法(GDMS)、霍尔效应测试、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对晶体生长轴向的微量杂质含量及分布、电学性能和光学性能进行测试和分析,结果表明微量杂质在晶体轴向方向呈现出不同的分凝特性,杂质的不均匀分布影响晶体的电学性能和光学性能.晶体呈现出较高的电阻率(108Ω· cm)和优良的红外透过性能,在8~12 μm范围内平均透过率约为70;,吸收系数小于0.058 cm-1.     

减少ZnGeP2晶体1~2.5 μm光学吸收的研究

ZnGeP₂晶体在1~2.5 μm有几个吸收峰,此波段的吸收峰主要是由于点缺陷V_P、Ge_Zn和V_Zn引起的,这些光学吸收严重影响ZnGeP₂晶体在光参量振荡器中的应用性能。针对ZnGeP₂在此波段的光学吸收,基于电子-原子核散射理论,通过理论计算模拟电子辐照来寻找合适的辐照条件,对布里奇曼法生长出的ZnGeP₂单晶分别进行退火热处理和电子辐照处理,并采用红外光谱仪和综合物理性能测量系统测试不同条件下ZnGeP₂晶体的红外吸收光谱、霍尔系数和载流子浓度。结果表明退火热处理能有效减少ZnGeP₂晶体在1.2 μm和1.4 μm附近的光学吸收,而电子辐照处理有利于减少ZnGeP₂晶体在2.0 μm附近的光学吸收,实验结果与计算结果一致。     

ZnGeP2晶体的合成与生长

采用双温区法合成ZnGeP2多晶料;采用布里奇曼法生长ZnGeP2单晶,晶体尺寸为22×90 mm2.晶体透光范围0.7～12.0 μm,平均透过率达到56;;OPO光参量震荡器件尺寸6×6×15 mm3,采用2 μm的泵浦光,产生4 W以上的3.8～4.5 μm激光输出.     

磷锗锌晶体的热处理研究

采用改进垂直布里奇曼法生长出的磷锗锌(ZnGeP2,ZGP)晶体中存在各种缺陷,导致其红外透过率较低,刚生长的晶体不能直接用于制备红外非线性光学器件.分别采用真空、同成分粉末包裹和真空-同成分粉末包裹的复合退火工艺对生长的ZGP晶体进行了退火热处理研究.应用傅立叶红外光谱仪(FTIR)、高阻仪(HRM)、X射线能谱仪(EDS)等对退火前后的晶体性能和成分进行了测试分析.结果表明,三种方法退火后晶体的红外透过率和电阻率都得到改善,其中复合退火工艺的改善效果最为显著,晶体红外透过率由41;提高到60;,电阻率由2.5×108 Ω·cm提高到7.2 ×108 Ω·cm,晶体成分接近ZGP理想化学配比,退火后晶体的光学和电学性能得到显著改善,可用于ZGP-OPO器件制作.     

非线性光学晶体Na3La9O3(BO3)8的生长研究

以Na3CO3和H3BO3为助熔剂,Na3CO3和H3BO3摩尔比为7/6,熔质Na3La9O3(BO3)8和助熔剂摩尔比为1/10～1/14,采用顶部籽晶生长方法,生长Na3La9O3(BO3)8晶体,晶体尺寸为30×18×8mm3.本文讨论了籽晶方向对Na3La9O3(BO3)8晶体生长的影响,(100)方向比(001)方向更有利于晶体生长.     

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。     

La2CaB10O19晶体的生长和缺陷研究

本文报道了采用顶部籽晶法(TSSG)沿<001>、<100>和<010>方向生长的La2CaB10O19(LCB)晶体的形貌.研究了晶体生长中易出现的平行连生和解理现象,分析表明包裹体和晶体结构因素分别是造成这两种缺陷的主要原因.利用光学显微镜观察了LCB晶体的生长台阶、包裹体,发现液、固相包裹体一般分布在晶体的解理面和自然面上,而少量的气相包裹则常分散在液相包裹中构成"眼状"结构.借助光学显微镜结合化学腐蚀法,对不同晶面的腐蚀形貌进行了研究.结果表明(100)面蚀象为顶角扭曲的圆锥状,(001)为梯形或三角形,并且它们的排列严格一致.在晶体的b方向切片的正反两面观察到的蚀象完全不同,可以认为是晶体在此方向的强烈各向异性引起的.     

硫镓银单晶生长新方法探索

在同一安瓿中一次性合成、生长出了外形完整、无裂纹的AgGaS2单晶体,尺寸达φ10mm×20mm.并进行了X射线能谱元素分析,测定了AgGaS2多晶粉末衍射谱,以及单晶体的红外透射谱,同时得到了(112)、(024)面的X射线单晶衍射谱,结果表明生长的单晶体可用于器件研究.     

CdGeAs2晶体退火与红外光学均匀性分析

采用AIM-8800红外显微镜观察了CdGeAs2晶体的面扫描红外透过图像,分别在2.3～4μm、4～8 μm和8～18μm三个波段对退火前后的CdGeAs2晶片红外透过率和面扫描红外透过图像进行了对比分析,研究了晶体的红外均匀性.结果表明,CdGeAs2晶体在多晶粉末包裹下经450℃退火150 h后,其红外透过率和红外透过均匀性都得到较大程度的改善,其中在2.3 ～4μm和4～8μm波段的改善效果尤为显著;分析了影响晶体红外透过率和均匀性的主要因素,探讨了改善晶体均匀性的可能途径.研究结果对于快速评判CdGeAs2晶片质量具有重要的实用价值.     

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.     

新型红外非线性光学晶体LiGaTe2的多晶合成与晶体生长

采用直接合成方法无法得到纯相的碲镓锂( LiGaTe2)多晶原料,因此提出了两步合成法进行LiGaTe2多晶原料合成,即先合成二元相Ga2Te3,再以Ga2Te3、Li、Te为原料按化学计量比配料在较低温度(850℃)下合成纯相的碲镓锂多晶料,并对具体的反应机理进行了讨论.对所得碲镓锂多晶料进行了XRD分析,结果显示合成的多晶为单相高纯LiGaTe2.差示扫描量热分析(DSC)表明,LiGaTe2的熔点为674.78℃.初步开展了LiGaTe2晶体的生长研究,对晶体生长结果进行了探讨.     

大尺寸优质声光晶体TeO2的生长

采用坩埚下降法生长了二氧化碲(TeO2)声光晶体,从原料角度分析了散射、云雾状云层等缺陷的形成,研究了晶体开裂和晶体结构的关系,从而确定了晶体生长最佳工艺条件为生长速率<0.6mm/h,固液界面的温度梯度约为45°C/cm,沿<110>方向生长可减少开裂.获得了尺寸大于55×55×120mm3的优质TeO2晶体,并测试了晶体的性能.     

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.     

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;.     

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.     

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.