1 山东大学晶体材料国家重点实验室，济南 250100
2 国科光电科技有限责任公司，北京 100094
3 山东省工业技术研究院，济南 250100
倍半氧化物具有优异的热学性能、稳定的物化性能、低的最大声子能量和强的晶体场，是理想的高功率、大能量激光基质材料。倍半氧化物具有超高熔点，因此其高质量、大尺寸的晶体制备极其困难，研究人员对此进行了长期的研究探索。近年激光技术发展对高品质倍半氧化物单晶的迫切需求促使相关晶体的生长技术取得了突破。本文在简单介绍倍半氧化物性能与结构的基础上，详细综述了Lu2O3、Sc2O3、Y2O3倍半氧化物晶体的生长方法及缺陷种类，系统总结了稀土离子掺杂的倍半氧化物在1~3 μm波段内的激光性能，最后对其未来的研究与发展方向进行了展望。
倍半氧化物 激光基质材料 晶体生长 晶体缺陷 激光性能 sesquioxide host material for laser crystal growth crystal defect laser performance Lu2O3 Lu2O3 Sc2O3 Sc2O3 Y2O3 Y2O3
1 1.中国科学院 合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 光子器件与材料安徽省重点实验室, 合肥 230031
2 2.中国科学技术大学 研究生院科学岛分院, 合肥 230026
3 3.先进激光技术安徽省实验室, 合肥 230037
4 4.中国科学技术大学 核探测与核电子学国家重点实验室, 合肥 230026
为满足固体激光器的应用需求, 研究人员不断改进YAG激光晶体生长技术, 其中控制 YAG中的缺陷结构对于晶体的生长尤为重要。本工作对提拉法两种工艺制备的晶体样品进行了缺陷研究, 特别是晶体散射点的起源。正电子湮没技术是一种对材料微观结构十分灵敏且有效的核物理技术分析表征手段, 对空位缺陷、微孔等极为敏感。根据正电子湮没寿命谱与多普勒展宽谱的分析结果, 无论工艺、有无散射点, 样品的正电子寿命及多普勒展宽线性参数均存在差异。这说明晶体主要缺陷是YAG结构中的本征缺陷, 散射点可能是空位团聚引起的纳米微孔, 研究表明该技术可以灵敏地表征YAG晶体散射点。正电子湮没实验反映的晶体单晶质量差异与X射线衍射、单晶摇摆曲线、光透过率以及位错密度结果吻合。在研究晶体的物理性能和缺陷与材料微结构的关系上正电子湮没技术具有独特的技术优势, 同时正电子湮没技术可以在微观尺度上有效反映晶体质量。
晶体缺陷 正电子湮没 Yb:YAG晶体 提拉法 crystal defects positron annihilation Yb:YAG crystal Czochralski method
1 上海工程技术大学化学化工学院,上海 201620
2 中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室,福建 福州 350002
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所,安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
4 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
5 中国科学技术大学,安徽 合肥 230026
大尺寸 YAG 晶体的生长不可避免地会出现各种缺陷, 位错是晶体中主要的缺陷之一。位错会产生应力双折射, 降低晶体的光学均匀性, 增大损耗、缩短使用寿命等, 因此生长出无位错或低位错 YAG 晶体对发展高效率固体激光器具有重要意义。本文综述了近四十年来国内外对于 YAG 晶体的位错研究状况，总结了化学腐蚀法、缀饰法、同步辐射法、应力双折射法、X 射线透射形貌术、光散射层貌术等在位错方面的研究以及 TEM、SEM 等方法在 YAG 位错研究上的应用, 并对晶体生长工艺对晶体内部位错密度与分布的影响进行了介绍, 为大尺寸、高品质 YAG 激光晶体的制备和位错研究提供了参考。
激光技术 YAG 晶体 位错 晶体缺陷 晶体生长 laser techniques YAG crystal dislocation crystal defect crystal growth
1 太原科技大学应用科学学院，太原 030024
2 太原科技大学材料科学与工程学院，太原 030024
3 山西科技学院材料科学与工程学院,晋城 048026
本文利用低温拉曼与光致发光光谱对纯净金刚石晶片的结晶质量、晶体应力分布进行表征分析，并结合电子辐照和快速退火对晶片的杂质缺陷结构开展研究。通过拉曼光谱对金刚石特征峰的表征分析发现，由于金刚石生长机制以及晶片的切割、抛光等因素影响，晶片的边缘与表面应力分布较高。光致发光光谱中的零声子线具有明显的温度依赖性，根据Jahn-Teller效应与电子-声子耦合理论阐明了测试温度变化引起中性单空位缺陷零声子线分裂与红移的机理。对晶片做电子辐照与退火调控处理后，晶片中氮-空位(NV)缺陷显著增多，表明在纯净晶片中氮主要以替代位氮杂质的形式存在。
金刚石 光谱表征 晶体缺陷 色心 电子辐照 退火 diamond spectral characterization crystal defect color center electron irradiation annealing
1 浙江大学硅材料国家重点实验室材料科学与工程学院，杭州 310027
2 浙江大学杭州国际科创中心，杭州 311200
碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、热导率高、化学稳定性好等优异特性，是制备高性能功率器件等半导体器件的理想材料。得益于工艺简单、操作便捷、设备要求低等优点，湿法腐蚀已作为晶体缺陷分析、表面改性的常规工艺手段，应用到了SiC晶体生长和加工中的质量检测以及SiC器件制造。根据腐蚀机制不同，湿法腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。本文综述了不同湿法腐蚀工艺的腐蚀机理、腐蚀装置和应用领域，并展望了SiC湿法腐蚀工艺的发展前景。
碳化硅 湿法腐蚀 电化学腐蚀 化学腐蚀 晶体缺陷 晶体表面 silicon carbide wet etching electrochemical etching chemical etching crystal defect crystal surface
1 广东工业大学轻工化工学院，广州 510006
2 广州半导体材料研究所，广州 510610
双掺Nd,Ce∶YAG晶体相比传统的Nd∶YAG具有输出能量高、激光振荡阈值低的优点。近几年高能效固体激光器的发展对大尺寸、高质量Nd,Ce∶YAG晶体的需求越来越大。采用提拉法生长大尺寸Nd,Ce∶YAG时，极易出现包裹物和开裂缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了晶体在生长过程中产生缺陷的原因，并提出了解决办法，成功生长出直径50 mm等径长150 mm的高质量Nd,Ce∶YAG单晶。本研究可为批量化生长大尺寸Nd,Ce∶YAG晶体的质量改进提供方向和指导。
激光晶体 晶体生长 提拉法 大尺寸 晶体缺陷 laser crystal Nd,Ce∶YAG Nd,Ce∶YAG crystal growth Czochralski method large size crystal defect
中国科学院上海技术物理研究所 红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
碲锌镉晶体中存在着各种典型晶体缺陷, 其缺陷研究一直倍受关注, X射线衍射形貌术是一种非破坏性地研究晶体材料结构完整性、均匀性的有效方法.采用反射式X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的质量进行了研究, 并将衬底的X射线衍射形貌与Everson腐蚀形貌进行了对比分析, 碲锌镉衬底的X射线衍射形貌主要有六种特征类型, 分别对应不同的晶体结构或缺陷, 包括均匀结构、镶嵌结构、孪晶、小角晶界、夹杂、表面划伤, 对上述特征类型进行了详细的分析.目前, 衬底的X射线衍射形貌主要以均匀结构类型为主, 划伤和镶嵌结构缺陷基本已消除, 存在的晶体缺陷主要以小角晶界为主.通过对比分析碲锌镉衬底和液相外延碲镉汞薄膜的X射线衍射形貌, 发现小角晶界等晶体结构缺陷会延伸到外延层上, 碲锌镉衬底质量会直接影响碲镉汞外延层的质量, 晶体结构完整的衬底是制备高质量碲镉汞外延材料的基础.
X射线衍射形貌术 X光貌相 腐蚀形貌 碲锌镉 晶体缺陷 X-ray diffraction topography X-ray topography Etched surface morphology CdZnTe crystal defects
中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
碲锌镉晶体中存在着各种晶体缺陷, 其中小角晶界是制约碲锌镉晶体质量的主要晶体缺陷之一。X射线衍射形貌术是一种非破坏性地全面研究小角晶界缺陷的有效方法。采用反射式 X射线衍射形貌术对碲锌镉衬底的小角晶界缺陷进行了研究, 讨论了小角晶界类型、样品扫描方向以及入射线发散度等对小角晶界缺陷的 X射线衍射形貌的影响。为全面获得小角晶界缺陷的衍射形貌, 应尽量选择宽的入射线狭缝, 对于对称倾侧晶界和扭转晶界, 应分别平行和垂直于小角晶界方向扫描。
X射线衍射形貌术 X光貌相 碲锌镉 晶体缺陷 小角晶界 X-ray diffraction topography X-ray topography CdZnTe crystal defects low-angle grain boundary
1 中北大学理学院 物理系, 山西 太原030051
2 中北大学 微米纳米技术研究中心， 山西 太原030051
3 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室， 山西 太原030051
4 中北大学 电子测试国家重点实验室， 山西 太原030051
5 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心， 山西 太原030051
运用传输矩阵法研究了在一维光子晶体中插入缺陷层的透光特性。在无缺陷层的一维光子晶体中能产生467~510 nm、1 279~1 715 nm两处明显的光子带隙。重点研究了插入缺陷层后,在1 279~1 715 nm的光子带隙中缺陷层厚度和入射角度大小分别与透射光谱变化的关系。研究发现：缺陷模的位置对入射角变化很敏感；出现缺陷模的数量和插入缺陷层的数量相同；一维光子晶体厚度的增大不会改变缺陷模的数量和位置，只改变透射峰的宽度和透射率。
光子晶体 光子带隙 一维光子晶体缺陷模 滤波器 photonic crystal photonic band gap one-dimensional photonic defect mode filter
1 沈阳理工大学 中俄联合高能束流实验室, 沈阳 110159
2 沈阳理工大学 装备工程学院, 沈阳 110159
利用强流脉冲离子束（C+,H+）对变形镁合金AZ31的压铸件靶材分别进行1,5,10,20,30,50和100次辐照实验，分析辐照前后表面形貌和相组成，并检测辐照表面及横截面沿深度方向显微硬度。结果表明：HIPIB辐照次数对靶材形貌影响较大，多次辐照使靶材熔坑呈周期性变化趋势；β-Mg17Al12相弥散分布于α-Mg相中。1～30次辐照，表面显微硬度提高，其主要原因为晶粒细化及微应变导致的晶体缺陷；30～50次辐照，显微硬度显著降低，其原因在于晶体缺陷的演变，如位错移动导致的小角度晶界形成，甚至出现回复再结晶过程；50～100次辐照表面显微硬度略有降低，其原因在于辐照表面组织结构及热力学行为达到稳定态。辐照效应形成冲击应力波导致“长程硬化”，20次辐照的横截面显微硬度在距表层30 μm和240 μm处分别达到极大值1.0 GPa和1.3 GPa。
强流脉冲离子束 铸态AZ31 形貌 显微硬度 晶体缺陷 high intensity pulsed ion beams casting magnesium alloy AZ31 morphology microhardness crystal defects
