郑州大学机械与动力工程学院，抗疲劳制造技术河南省工程实验室，郑州 450001
采用微纳米力学测试系统对6H-SiC单晶片开展了不同速率和不同晶向的划痕试验，对划痕的摩擦系数、划痕切削深度以及表面三维形貌进行分析，进而研究划痕速率和晶向对6H-SiC单晶片划痕特征的影响。结果表明：当静载荷4 N和6 N、划痕速率从0.2 mm/min到1.6 mm/min时，随着载荷及划痕速率增大，划痕摩擦系数、划痕切削深度和划痕宽度等增大，SiC单晶片塑性变形区域增大，表面更粗糙。低速时摩擦系数较小，在一定程度上会减小划头的磨损速率。不同晶向的划痕材料堆积和凹坑程度不同，沿[11201120]和[11201120]晶向划痕的摩擦系数、划痕峰高和谷深较小，而沿[2-1102110]和[12-10]晶向划痕时较大，前者比后者较易实现塑性域加工。
碳化硅晶片 划痕速率 晶向 表面形貌 silicon carbide wafer scratch speed crystal orientation surface morphology
1 上海理工大学材料科学与工程学院, 上海 200093
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
目前关于SiC单晶室温的导热性能, 以及导热特性随温度的变化方面的研究报道还存在较大的差异, 有关SiC单晶热导率的研究主要是沿c轴<0001>晶向或者垂直于c轴的某一晶向进行的, 无法有效地解释热导率的各向异性。本文研究了4H-SiC和6H-SiC单晶<1100>, <1120>,<0001> 三个不同晶向上热导率以及其随温度的变化。对SiC单晶切割分别得到沿 <1100>, <1120>, <0001>晶向的样品, 尺寸为12.7 mm×3 mm, 利用闪光法对样品测试得到热扩散系数, 通过计算获得了SiC单晶不同晶向的热导率数值, 采用辉光放电质谱仪(GDMS)和扫描电子显微镜(SEM)进行了杂质和缺陷表征。实验结果表明, SiC晶体<1100>, <1120>, <0001>三个晶向的热导率随温度升高而下降, 沿<0001>晶向的SiC样品热导率最小;含有较高杂质离子浓度的6H-SiC样品热导率高于4H-SiC样品; 缺陷相比杂质对SiC晶体导热性能影响更大, 缺陷是SiC热导率具有各向异性的主要原因。
碳化硅单晶 热导率 杂质 缺陷 晶向 结晶质量 single crystal SiC thermal conductivity impurity defect crystalline orientation crystallization quality
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
2 安徽工程大学 机械与汽车工程学院, 安徽 芜湖 241000
在利用单晶硅的各向异性腐蚀制作光栅的过程中, 掩模与硅晶向的精密对准是获取大尺寸光栅结构的前提条件, 高对准精度将显著降低光栅槽型侧壁粗糙度。设计并制作了一种扇形图案, 通过以该图案为掩模的预刻蚀, 可快速准确发现硅基底内晶格取向。通过此方法进行晶向标定, 并利用紫外光刻与湿法刻蚀, 成功研制了尺寸为15 mm×15 mm、高度为48.3 μm、周期为5 μm、高宽比为20的矩形光栅结构, 线条侧壁粗糙度RMS值为0.404 nm; 利用全息光刻与湿法刻蚀成功研制了大高宽比深槽矩形光栅及三角形槽光栅。矩形槽光栅尺寸为50 mm×60 mm, 高度为4.8 μm, 周期为333 nm, 高宽比为100, 侧壁粗糙度RMS值为0.267 nm。三角形槽光栅周期为2.5 μm, 侧壁粗糙度RMS值为0406 nm。
湿法刻蚀 硅光栅 晶向标定 各向导性 wet etching silicon grating calibration of crystal direction anisotropy
1 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
用电子束蒸发技术在晶体及激光陶瓷两种基底上沉积了氧化铪（HfO2）单层膜，采用掠角X射线衍射（GIXRD）技术和纳米划痕仪对薄膜的晶向结构和力学特性进行了研究。实验结果表明，HfO2薄膜在单晶晶体和多晶陶瓷基底上均呈现多晶态结构，均呈（020）面择优生长，陶瓷基底上薄膜的择优取向更明显。膜基结合较差的晶体-HfO2体系上薄膜的衍射峰较多，膜基结合较好的陶瓷-HfO2体系上薄膜的衍射峰较少。对比两个基底和其上薄膜的X射线衍射(XRD)结果发现，晶体基底的单晶结构与其上薄膜的多晶结构晶态差异较大，导致其膜基间有较大的残余应力，所以其膜基结合力也较差，这种弱结合力导致基底对薄膜的束缚作用较小，其上薄膜具有更多的衍射峰；陶瓷基底的多晶结构与其上薄膜的多晶结构差异较小，导致其上薄膜的择优生长更强，更有效地消除了残余应力，所以陶瓷-HfO2体系的膜基结合力较晶体-HfO2体系好，这种较强的结合力限制了薄膜向更多HfO2晶向的发展，其上薄膜衍射峰较少。
薄膜 晶向结构 结合力 激光陶瓷 晶体
单晶硅球法是阿伏伽德罗常数量值精密测量以及质量重新定义的一种重要方案。单晶硅球表面的氧化层厚度关系到硅球质量和直径测量结果的修正，并在阿伏伽德罗常数的相对测量不确定度中占到很大比例。讨论了表面层测量中影响椭偏测量的几个基本问题，即单晶硅球不同晶向的光学常数以及表面曲率对椭偏光束的散射效应，评估了对氧化层厚度测量不确定度的影响；对于所采用的间接法的不确定度分量进行了分析。该研究为硅球表面层测量提供了实验和理论依据。
表面光学 硅球表面氧化层 光谱椭偏法 晶向 曲率 计量学 激光与光电子学进展
2014, 51(3): 030007
1 南京师范大学物理科学与技术学院江苏省光电技术重点实验室, 江苏 南京 210046
2 常熟理工学院物理与电子工程学院, 江苏 常熟 215500
以标准单模光纤包层的外表面作为基底，通过改进的恒温蒸发对流引导合理控制溶剂蒸发温度和液体表面下降的速度,使用垂直沉积法在其曲面圆柱型基底涂覆三维二氧化硅胶体晶体。单模光纤垂直插入二氧化硅胶体溶液中，处于圆形容器的中心，在毛细力的驱动下胶体微球在光纤外表面形成三维的胶体晶体薄膜。实验所用二氧化硅微球平均粒径为390 nm，晶体生长时间仅为12 h。用扫描电子显微镜(SEM)分析了样品的表明形貌：确定了样品表面面心立方结构的［111］和［100］两种晶向排列，同时发现了［100］晶向之间有规律的［111］晶向排列的交叉图案。对胶体微球不同的晶向排列以及交叉图案进行了定性的分析和讨论。
胶体光子晶体 垂直沉积法 二氧化硅 晶向排列
1 中国科学院上海技术物理所 a.红外成像材料与器件重点实验室
2 中国科学院上海技术物理所 b.红外物理国家重点实验室,上海 200083
根据光整流效应辐射太赫兹理论，计算了〈331〉晶向ZnTe单晶的太赫兹辐射性能.通过与〈110〉、〈111〉晶向对比，当晶体方位角为0°或180°时，利用〈331〉晶向ZnTe单晶辐射太赫兹信号可以与〈111〉晶向相当，强于〈110〉晶向.利用电光取样原理，计算了〈331〉晶向ZnTe单晶的太赫兹探测性能，通过理论计算为〈331〉晶向ZnTe 晶体有效辐射太赫兹波提供理论依据.
太赫兹辐射 光整流效应 电光效应 ZnTe单晶 〈331〉晶向 THz emitter Optical rectification Electro-optic sampling ZnTe 〈331〉-oriented
1 中国科学院上海技术物理所红外国家重点实验室,上海 200083
2 上海大学 物理学院,上海 200444
通过Te熔剂方法生长出〈331〉晶向的ZnTe体单晶, 利用X射线衍射和红外透射显微技术对材料进行了测试.在钛-宝石激光器的泵浦下, 利用〈331〉晶向的ZnTe晶体辐射－探测到太赫兹波, 激发频谱可达5 THz左右.〈331〉晶向的ZnTe晶体表现出良好的太赫兹辐射性能.
太赫兹激发与探测 II-VI族半导体材料 〈331〉晶向 Terahertz emission and detection II-VI semiconductor crystal 〈331〉 oriented
