1 清华大学航天航空学院, 北京 100084
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
本文针对光伏太阳能用准单晶硅铸锭系统的硅料熔化过程进行了数值模拟研究, 尤其是孔隙率阶跃分布的堆积硅料熔化过程对籽晶熔化的影响。研究结果表明: 堆积硅料孔隙率呈轴向阶跃分布有利于降低籽晶的熔化比例; 籽晶的熔化界面形状主要受下层孔隙率影响, 在特定的平均孔隙率范围内, 上下两层孔隙率差异较小时, 孔隙率的轴向阶跃分布对籽晶的熔化界面形状影响较小; 当籽晶的熔化比例相近时, 平均孔隙率越小, 籽晶的熔化界面形状越平缓, 越有利于籽晶边缘区域的保留; 当平均孔隙率一定时, 下层孔隙率越小越有利于籽晶边缘区域的保留。堆积硅料区域孔隙率呈径向阶跃分布会使籽晶的熔化界面形状发生畸变, 内层孔隙率的逐渐增大会使籽晶的熔化界面形状由“凸”逐渐转变为“凹”, 外层孔隙率不大于内层孔隙率时籽晶可以得到有效保留; 内外两层孔隙率差值越小, 籽晶的熔化比例越小。籽晶的熔化比例分布在不同轴向阶跃分布孔隙率下呈现一定的中心对称性, 而在不同径向阶跃分布孔隙率下呈现一定的周期性, 孔隙率均匀分布时的籽晶熔化界面形状优于其他情况。在实际工况条件下, 可以根据由不同孔隙率分布条件下获取的籽晶熔化状态数据绘制的等值线图对堆积硅料区域的孔隙率分布进行合理配置。
准单晶硅铸锭 阶跃分布孔隙率 籽晶熔化 堆积硅料 界面形状 熔化状态 quasi-single crystalline silicon casting step porosity distribution seed crystal melting stacked silicon interface shape melting state
1 山东大学晶体材料国家重点实验室，新一代半导体材料研究院，济南 250100
2 齐鲁工业大学(山东省科学院)，材料科学与工程学院，济南 250353
宽禁带氮化镓(GaN)材料以其独特的性质和应用前景成为国内外研究的热点，高质量GaN单晶衬底的制备是获得性能优异的光电子器件和功率器件的基础。钠助熔剂法生长条件温和，易获得高质量、大尺寸的GaN单晶，是一种具有广阔商业化前景的GaN单晶生长方法。钠助熔剂法自20世纪90年代末期被发明以来，经过20多年的发展，钠助熔剂法生长的晶体在尺寸与质量上都取得了长足的进步。本文从晶体生长原理和关键工艺(籽晶选择、温度梯度以及添加剂)等方面综述了钠助熔剂法生长GaN单晶研究进展，并对其面临的挑战和未来发展趋势进行了展望。
氮化镓单晶 钠助熔剂法 原料比 温度梯度 添加剂 籽晶 gallium nitride single crystal sodium flux method raw material ratio temperature gradient additive seed crystal
1 福州大学化学学院，福州350116
2 中国科学院福建物质结构研究所，福州350002
受到晶体尺寸以及非线性光学性能的影响，目前可供选择的非线性晶体非常有限。DKDP晶体作为传统大尺寸光电材料，在光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置中得到了应用。高氘化的DKDP晶体有更好的光学性能，然而生长出高氘化DKDP晶体对生长环境等有更加严格的要求。本文通过改良的原料合成罐以及生长槽，采用点籽晶快速生长法成功生长出高氘DKDP晶体。按照Ⅰ类(θ=37.23°, φ=45°)切割方式制备样品，并对其氘含量、透过率、光学均匀性以及晶体激光损伤阈值进行测试。实验结果表明，晶体的平均氘含量达到98.49%，在可见近红外波段下具有较宽的透过波段和较高的透过性能。Ron1的测试结果显示，在3 ns、527 nm条件下，DKDP晶体的激光损伤阈值达到了19.92 J/cm2。晶体光学均匀性均方根达到了1.833×10-9，表明晶体具有良好的光学均匀性。
非线性晶体 高氘 点籽晶快速生长法 光学性能 Ⅰ类 DKDP DKDP nonlinear crystal OPCPA OPCPA highly deuterium rapid growth of point seed crystal optical property type I
1 清华大学航天航空学院, 北京 100084
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
本文在考虑硅料的堆积孔隙率和熔化变形等因素的基础上, 建立了基于多孔介质的堆积硅料简化模型, 对光伏太阳能用准单晶硅铸锭系统的硅料熔化过程进行了数值模拟, 研究了不同侧/顶加热器功率比、堆积孔隙率以及加热器总功率对籽晶熔化的影响。研究结果表明: 硅料的熔化时间和籽晶的熔化比例取决于侧/顶加热器功率比, 降低侧/顶加热器功率比和堆积孔隙率有助于籽晶的有效保留, 但会导致籽晶的熔化界面形状发生变化, 使杂质在籽晶熔化界面形状为“凹”的区域内聚集, 进而影响后续晶体生长的质量; 当加热器的总功率低于临界值之后, 籽晶的熔化界面形状会在靠近坩埚壁面的边缘区域发生变化, 导致不均匀成核的发生, 不利于准单晶硅铸锭的生产。在实际工况条件下, 可以根据由侧/顶加热器功率比、堆积孔隙率、加热器总功率、籽晶的熔化比例和状态绘制的等值线图对工艺参数进行合理配置。
准单晶硅铸锭 加热功率 堆积孔隙率 籽晶熔化 界面形状 熔化状态 quasi-single crystalline silicon casting heating power stacked porosity seed crystal melting interface shape melting state 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1755
河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
采用干胶转化法, 在晶种辅助下, 制备出多级孔ZSM-5沸石, 考察了晶种加入量、水加入量和晶化时间等因素对多级孔沸石结构和形貌的影响。结果表明: 加入晶种, 大大加快了沸石合成的晶化速率, 无定形硅铝凝胶直接在晶种表面形成的水膜中溶解并就近快速生长为ZSM-5纳米沸石, 纳米沸石相互聚集, 并在纳米沸石间形成了介孔孔道。通过调节晶种加入量、水加入量和晶化时间, 可以调节纳米沸石的大小, 进而改变介孔孔道的大小。纳米沸石相互聚集形成了同时含有微孔和介孔的多级孔ZSM-5沸石, 在催化氧化苯乙烯重排制备苯乙醛反应中的稳定性较传统沸石提高了5倍。
干胶转化 晶种 多级孔 纳米沸石 催化性能 dry-gel conversion seed crystal hierarchical pore nano-zeolite catalytic performance
1 河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401
2 中国电子科技集团有限公司第四十六研究所，天津 300220
3 中国电子科技集团有限公司，新型半导体晶体材料技术重点实验室，天津 300220
使用籽晶法通过调整降温速率生长出高质量4-N,N-二甲胺基-4′-N′-甲基-氮杂芪对甲苯磺酸盐(DAST)晶体，研究了降温速率对DAST晶体结晶质量、光学特性及太赫兹输出特性的影响。通过核磁共振分析表征了合成原料的结构和纯度。使用X射线衍射仪对生长晶体的(001)面进行X射线摇摆曲线测试，测试结果表明在降温速率为0.1 ℃/d条件下获得的晶体质量最佳，其摇摆曲线半高宽(FWHM)为57.6″。此条件下生长的晶体在780~1 576 nm波长范围内光透过率达65%。使用差频法从DAST晶体中产生了0.1~20 THz范围内的宽频可调谐太赫兹波，在18.8 THz处得到太赫兹波最大输出能量为0.477 μJ/脉冲，对应的能量转换效率达5.31×10-5。
DAST晶体 籽晶法 降温速率 透过率 太赫兹波 摇摆曲线 DAST crystal seed crystal method cooling rate transmittance terahertz wave rocking curve
