利用高纯度的硼粉和硫粉，在1 300 ℃的高温真空环境下，通过扩散装置制备出硼(B)、硫(S)共掺杂单晶金刚石。扫描电子显微镜、X射线能谱、拉曼光谱等测试结果表明，随着两种元素的掺入，金刚石的形貌和晶体质量发生变化。掺杂后的金刚石形貌复杂，蚀坑和沟壑内部形貌呈阶梯状，随着掺杂量的增加出现断层，并在蚀坑处检测出较高的硼原子和硫原子含量，掺杂B-S质量比为0.5的金刚石蚀坑处的硼原子和硫原子含量最高。随着杂质原子的渗入，拉曼半峰全宽值增大，金刚石的晶体质量下降。室温下进行霍尔检测结果表明，掺杂后的金刚石电阻率降低。B-S质量比为1和2的样品导电类型表现为p型；B-S质量比为0.5时，样品的霍尔系数为负值，导电类型为n型。

对热处理前后的InSb晶片进行了显微拉曼面扫描测试, 开发了一种新的InSb晶片应力面分布表征方式。热处理前后InSb晶片的横向光学(Transverse Optical,TO)声子散射峰分别位于179.3 cm-1和178.5 cm-1;纵向光学(Longitudinal Optical, LO)声子散射峰分别位于188.8 cm-1和188.7 cm-1;特征峰的半峰宽分别为5.8 cm-1和5.0 cm-1。X射线双晶衍射曲线半峰宽值分别为12.10~20.04 arcsec和7.61~7.74 arcsec。用经热处理后的晶片制得的器件在80℃烘烤20天后, 盲元增加量较小, 整体数量较少。这表明热处理释放了晶片的残余应力, 对后期抑制器件新增盲元存在有利影响, 为新一代超高性能、超大面阵红外探测器的制备奠定了材料基础。

太赫兹技术的不断发展和在各个领域的进一步应用, 对碲化锌 (ZnTe)电光晶体提出越来越高的要求。采用 Te溶剂法生长碲化锌晶体, 可以有效降低晶体的生长温度, 但不可避免的会引入 Te夹杂相, 进而影响其结晶质量。本工作提出利用 Zn气氛等温退火和梯度退火 2种方法, 在不同退火温度下成功消除了 ZnTe晶体内部尺寸小于 10 μm的 Te夹杂相, 发现夹杂相去除效率与退火温度和梯度密切相关。经过 650℃, 100 h的梯度退火后, Te夹杂相去除效率可达 83%。Zn气氛退火后, 晶体内部出现 VTe-Tei复合缺陷, 表明退火中存在扩散导致的缺陷反应, 对晶体的结晶质量和光学性能产生影响。通过对退火前后晶体的 X射线摇摆曲线衍射峰的研究, 发现去除 Te夹杂后晶体结晶质量总体提高, 证明 Te夹杂相是左右 ZnTe晶体结晶质量的主要结构缺陷。

本文通过高分辨X射线衍射(HRXRD)、激光拉曼光谱(Raman)、晶格畸变检测等测试分析方法对多组高温高压(HTHP) Ⅰb、HTHP Ⅱa和化学气相沉积(CVD)型(100)面金刚石单晶样品进行对比研究。HRXRD和Raman的检测结果均表明HTHP Ⅱa型金刚石单晶的结晶质量接近天然金刚石, 其XRD摇摆曲线半峰全宽和Raman半峰全宽分别为0.015°~0.018° 和1.45~1.85 cm-1。晶格畸变检测仪的检测结果表明, HTHP Ⅱa型金刚石单晶的应力分布主要有两种: 一种几乎无明显应力分布, 另一种沿<110>方向呈对称的放射状分布, 其他区域无晶格畸变。HTHP Ⅰb和CVD型金刚石单晶应力分布均相对分散, 晶格畸变复杂, 与其HRXRD和Raman的检测结果相符。进一步利用等离子体刻蚀法对三种类型金刚石单晶(100)面位错缺陷进行对比分析, 结果表明, HTHP Ⅱa型金刚石位错密度为三者中最低, 仅为1×103 cm-2。本研究为制备高质量大尺寸CVD金刚石单晶的衬底选择提供了实验依据。

本文采用分子束外延技术在具有6°斜切角的c面蓝宝石衬底上外延β-Ga2O3薄膜，系统研究了生长气压对薄膜特性的影响。X射线衍射谱和表面形貌分析表明，不同生长气压下所外延的薄膜表面平整，均具有(201)择优取向。并且，其结晶质量和生长速率均随生长气压增大而逐渐提高。通过X射线光电子能谱分析发现，生长气压增大使得氧空位的浓度大幅下降，高价态Ga比例增大，最终使得O/Ga原子数之比接近理想Ga2O3材料的化学计量比值。利用Tauc公式和乌尔巴赫带尾模型进行计算，结果表明随着生长气压的增大，样品的光学带隙由4.94 eV增加到5.00 eV，乌尔巴赫能量由0.47 eV下降到0.32 eV，证明了生长气压的增大有利于降低薄膜中的缺陷密度，提高薄膜晶体质量。

铸锭晶体硅是太阳能级晶硅材料的重要来源之一，为了进一步降低硅片成本，需要在保证晶体质量的同时发展大尺寸铸锭晶硅。影响铸造晶体硅质量的热场控制核心参数包括晶体生长速度与生长界面温度梯度之比V/G、壁面热流q、生长界面高度差Δh和硅熔体内部温差ΔT等。针对铸锭晶体硅生长过程中的质量控制问题，本研究基于人工神经网络(ANN)模型对晶体生长过程建立了工艺控制优化方法，利用实验测量数据和数值仿真模拟结果构建铸锭晶体硅生长过程的工艺控制数据集，以底部隔热笼开口和侧、顶加热器功率比作为主要工艺控制参数，V/G、|q|、|Δh|和ΔT为优化目标，建立用于研究晶体生长工艺控制参数和热场参数之间映射关系的神经网络模型。使用训练完成的模型分析底部隔热笼开口及侧、顶加热器功率比对晶体生长过程热场的影响规律，并采用遗传算法(GA)对铸锭晶体硅生长过程的工艺控制参数以提高晶体质量为目标进行优化，最后结合实际生产中的检测图像讨论了V/G对晶体质量的影响。研究表明晶体生长中期的V/G沿横向变化较平缓，对应缺陷较少且分布均匀，因此增大V/G在横向上的均匀度也是提高晶体质量的一个重要因素。

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标，探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源，利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜，通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征，研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构，具有沿(002)晶面择优取向生长的特点，其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关，当衬底温度为250 ℃，溅射功率160 W，氩气压强0.5 Pa，氩气流速8.3 mL/min，沉积时间60 min时，所得氧化锌薄膜样品取向性最好，晶粒尺寸最大，薄膜结构致密，具有良好的光学性能和结晶质量。

通过高能离子注入剥离制备的铌酸锂(LNO)单晶薄膜具备优良的电光、声光等性能, 在射频器件、光波导等领域需求迫切。高能离子注入使LNO单晶薄膜表面存在损伤层, 导致薄膜质量和器件性能的衰减。该文提出了Ar+刻蚀去除LNO单晶薄膜损伤层的方法, 基于高能离子注入仿真, 采用扫描电子显微镜、原子力显微镜分析了刻蚀参数对刻蚀速率、表面形貌的影响, 并确定了LNO薄膜损伤层的刻蚀工艺参数。X线衍射分析表明, 通过Ar+刻蚀将LNO薄膜摇摆曲线半高宽减至接近注入前LNO单晶材料, 压电力显微镜测试表明去除损伤层后的LNO单晶薄膜具备更一致的压电响应。

采用直流反应磁控溅射与高温退火工艺大批量制备了膜厚为200 nm、400 nm及800 nm的2英寸蓝宝石基氮化铝模板, 并对高温退火前后不同膜厚模板使用各种表征手段进行对比分析。结果表明: 采用磁控溅射制备膜厚为200 nm的模板经高温退火后晶体质量得到显著提升, 退火前后整片(0002)面和(10-12)面高分辨率X射线衍射摇摆曲线半高宽分别从632~658 arcsec和2 580~2 734 arcsec下降至70.9~84.5 arcsec和273.6~341.6 arcsec; 模板5 μm×5 μm区域内均方根粗糙度小于1 nm; 紫外波段260~280 nm吸收系数为14~20 cm-1; 高温退火前后拉曼图谱E2(high)声子模特征峰半高宽从13.5 cm-1降至5.2 cm-1, 峰位从656.6 cm-1移动至657.6 cm-1, 表明氮化铝模板内的拉应力经高温退火后得到释放, 接近无应力状态。

本文利用有籽晶的HPVGF法生长了尺寸为54 mm×25 mm的高质量CdSe单晶, 晶体为纤锌矿结构, (002)和(110)面的XRD摇摆曲线半高宽分别为54.4″和45.6″。使用红外显微镜和扫描电镜-能谱分析仪对晶体内部的夹杂相进行测试, 表明晶体内部存在小尺寸富Se夹杂相。CdSe晶片在2.5~20 μm范围内的透过率高于68%, 平均吸收系数为0.037 cm-1。制备出尺寸为10 mm×12 mm×50 mm且满足第Ⅱ类相位匹配条件的CdSe晶柱, 在重频1 kHz, 波长2.09 μm的Ho∶YAG调Q泵浦源激励下, 实现了中心波长为11.47 μm, 线宽为33.2 nm的激光输出, 最大输出功率为389 mW。