1 北京中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
2 中材人工晶体研究院有限公司，北京100018
3 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海201899
采用自发成核坩埚下降法生长了直径25 mm的铈、锶共掺溴化镧(LaBr3∶5%Ce,x%Sr，简称LaBr3∶Ce,Sr，其中x=0.1、0.3、0.5，摩尔分数)闪烁晶体，测试对比了晶体的X射线激发发射光谱、透过光谱和脉冲高度谱等。结果表明，不同Sr2+掺杂浓度的LaBr3∶Ce,Sr晶体在X射线激发下的发射光谱波形基本一致，但相比未掺杂Sr2+的样品，发射峰的峰位发生了明显的红移，随着Sr2+掺杂浓度的增大，发射峰红移程度增大。不同Sr2+掺杂浓度的LaBr3∶Ce,Sr晶体在350~800 nm不存在明显的吸收峰，0.3%和0.5%Sr2+掺杂晶体的透过率有所降低。随着Sr2+掺杂浓度的增大，能量分辨率逐步提高，Sr2+掺杂浓度为0.5%时，LaBr3∶Ce,Sr晶体的能量分辨率最高，达2.99%@662 keV。对尺寸25 mm×25 mm的LaBr3∶Ce,0.5%Sr晶体进行了防潮封装，所得晶体封装件的能量分辨率为2.93%@662 keV。
闪烁晶体 坩埚下降法 X射线激发发射光谱 能量分辨率 封装 scintillation crystal LaBr3∶Ce,Sr LaBr3∶Ce,Sr vertical Bridgman method Xray excited emission spectra energy resolution encapsulation
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，安徽省光子器件与材料重点实验室,合肥 230031
2 中国科学技术大学，合肥 230026
碲化锌(ZnTe)非线性晶体是一种常用的产生和探测太赫兹(THz)波的电光材料，在THz探测和成像等领域具有重要的应用价值。然而，目前制备高质量、大尺寸的ZnTe晶体仍然面临挑战。本文采用压力辅助的垂直布里奇曼法，成功生长出尺寸为40 mm×140 mm的完整ZnTe单晶棒，并对其晶体结构、结晶质量、光学与电学性能进行了表征和分析。针对Te夹杂相对晶体性能的影响，初步探索了ZnTe晶体的退火工艺。研究结果表明，在850 ℃、Zn气氛下退火200 h，晶体在可见-近红外波段(400~2 500 nm)的透过率达到62%，电阻率为104 Ω·cm，在0.2~2 THz的吸收系数为5~15 cm-1。测试及分析结果为实现高质量ZnTe晶体的制备提供了参考。
ZnTe晶体 晶体生长 垂直布里奇曼法 退火 太赫兹 非线性晶体 电光材料 ZnTe crystal crystal growth vertical Bridgman method annealing terahertz nonlinear crystal electro-optical material
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海201899
2 2.上海交通大学 ISFA协同创新中心, 上海200240
Bi12GeO20晶体是一种多功能光电材料, 在可见光范围内具有高速光折变响应, 以及良好的压电、声光、磁光, 旋光和电光等性能。目前, 提拉法生长Bi12GeO20晶体, 存在生长成本高、晶锭形状不规则、生长产率低、晶体光学质量差和有效晶体截面小等问题。本研究率先采用改进的坩埚下降法, 在铂金坩埚和空气气氛中生长大尺寸Bi12GeO20晶体。通过各种分析测试方法研究生长获得的Bi12GeO20晶体中宏观缺陷的形态、分布和成分构成, 探讨了晶体生长过程中主要宏观缺陷的形成过程和成因。坩埚下降法生长的Bi12GeO20晶体存在两种主要宏观缺陷：枝蔓状和管状包裹体。其中, 枝蔓状包裹体与铂金溶蚀后的析晶相关, 而管状包裹体与铂金析出、接种界面不稳定性和温度波动有关。本研究提出了消除坩埚下降法生长晶体中宏观缺陷的技术途径, 通过降低生长控制温度、缩短高温熔体保持时间和优选籽晶等措施, 可重复地生长光学质量良好、55 mm× 55 mm× 80 mm的大尺寸Bi12GeO20晶体, 显著提升晶体的光学透过性能。
Bi12GeO20晶体 坩埚下降法 宏观缺陷 晶体生长 Bi12GeO20 crystal vertical Bridgman method macroscopic defect crystal growth
1 上海理工大学材料与化学学院, 上海 200093
2 山东大学晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
3 乌镇实验室, 桐乡 314500
4 上海电机学院材料学院, 上海 201306
5 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 201899
6 上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240
Ⅲ-Ⅵ族InSe晶体是一种非常重要的化合物半导体材料, 在高性能纳米电子器件、红外光探测、光电器件及柔性电子等领域有广泛应用。本文简要介绍了In-Se相图的发展历程, InSe具有非一致熔融特性, 可通过包晶反应从准化学剂量比或非化学剂量比溶液中析晶获得, 其中In/Se摩尔比对InSe转化率有重要影响。迄今, 垂直布里奇曼法、提拉法、水平梯度凝固法、低温液相法及气相输运法等多种技术被成功用于制备InSe晶体。为全面了解InSe晶体生长的历史和现状, 本文从工艺原理、技术要点、晶体生长结果等方面将国内外相关工作进行了梳理, 并对各种方法的优缺点进行了比较。研究分析表明: 垂直布里奇曼法因对设备要求简单, 操作简易, 现已成为制备高质量大尺寸InSe晶体的主流技术; 水平梯度凝固法则在ε型InSe晶体生长方面颇具特色, 未来可在新材料性能研究与应用探索上与垂直布里奇曼法形成一定补充。
半导体 晶体生长 垂直布里奇曼法 InSe InSe semiconductor crystal growth vertical Bridgman method 人工晶体学报
2022, 51(9-10): 1722
1 有研稀土新材料股份有限公司，北京 100088
2 稀土国家工程研究中心，北京 100088
采用坩埚下降法生长了直径为25.4 mm的纯溴化铈晶体和0.1%、0.2%和0.5%（摩尔分数）Sr2+掺杂的溴化铈晶体。将所生长晶体加工成直径25.4 mm、厚度10 mm的坯件，并进行紫外和X射线激发荧光光谱、137Cs源激发多道能谱等测试。结果表明：Sr2+掺杂会导致晶体X射线激发下的发射光谱出现轻微红移，而随着Sr2+掺杂量的增加，晶体的能量分辨率依次提高，光输出依次降低；当Sr2+掺杂量为0.5%时，溴化铈晶体的能量分辨率最高，达3.83%@662 keV，但过高含量的Sr2+掺杂会造成晶体生长困难。综合考虑晶体性能和生长情况，Sr2+掺杂量为0.2%时较为适宜，所获得的25.4 mm×25.4 mm CeBr3∶0.2%Sr晶体封装件的能量分辨率为3.92%@662 keV。
溴化铈 闪烁晶体 Sr2+掺杂 坩埚下降法 晶体生长 闪烁性能 能量分辨率 cerium bromide scintillation crystal Sr2+ doping vertical Bridgman method crystal growth scintillation property energy resolution
1 1. 上海电机学院 材料学院, 上海 201306
2 2. 上海理工大学 材料科学与工程学院, 上海 200093
Ⅳ-Ⅵ SnSe单晶是一种引人注目的热电材料, 不仅热电性能优异而且还具有环境友好的特征。本工作探索了一种制备SnSe单晶的技术, 并对产品的力学性能进行研究。利用坩埚下降法成功生长了化学计量比准确的非掺杂SnSe单晶, 其在室温下具有标准Pnma正交相结构。由于Sn层与Se层之间的结合力非常弱, SnSe单晶很容易沿(100)面解理。显微压痕测试表明SnSe单晶十分柔软, 0.01~0.05 kg载荷下的平均显微维氏硬度HV仅为53 MPa。然而, 得益于层内Sn和Se原子之间强烈的极性耦合, SnSe单晶沿(100)面却展现出了优异的断裂韧性。纳米划痕实验显示SnSe单晶(100)面在5~300 mN划痕压力范围内的摩擦系数COF可从0.09增加到0.8。本工作对完善SnSe单晶的力学性能信息具有重要意义。
SnSe单晶 坩埚下降法 力学性能 SnSe single crystal vertical Bridgman method mechanical property
1 中材人工晶体研究院有限公司, 北京 100018
2 北京工业大学材料与制造学部, 北京 100049
对三联苯是一种常见的有机闪烁剂, 通常用作闪烁计数器的发光材料。对三联苯闪烁晶体具有对中子探测效率高以及不易潮解等特性, 这使其在实际应用中具有广阔的前景。本文采用坩埚下降法, 使用单层安瓿成功生长出12 mm×30 mm对三联苯晶体。在生长开始前通过差热分析, 确定晶体的生长温度。生长完成后测试了晶体粉末的X射线衍射谱、摇摆曲线、红外光谱、荧光光谱和拉曼光谱。X射线衍射结果表明, 生长的晶体为纯对三联苯相。从摇摆曲线结果可以看出, 生长晶体质量良好。红外和拉曼分析结果显示, 峰位并没有出现明显的偏移, 表明晶体中杂质含量较少并未引起晶体分子化学结构的变化。荧光光谱没有杂质峰的出现也说明对三联苯晶体存在较少杂质或晶格缺陷。
对三联苯 坩埚下降法 晶体生长 有机晶体 闪烁晶体 单层安瓿 辐射探测 p-terphenyl vertical Bridgman method crystal growth organic crystal scintillation crystal single layer ampoule radiation detection
山东大学晶体材料国家重点实验室, 晶体材料研究所, 济南 250100
硒铟锂(LiInSe2, LISe)晶体在长波红外激光领域有重要应用价值。目前高质量、大尺寸LISe晶体的稳定生长仍然面临挑战, 通过气氛退火后处理工艺能够有效提高晶体光学质量。本文采用定向籽晶垂直布里奇曼法, 通过精确控制籽晶熔接, 实现大尺寸(40 mm×60 mm)LISe晶体的批量稳定制备, 为目前国际上报道的最大尺寸LISe晶体。另外, 系统探索了LISe晶体的退火工艺, 研究表明在740 ℃、LISe本征气氛下退火150 h, 可以明显提高LISe晶体器件光学质量。
红外非线性光学晶体 硒铟锂单晶 垂直布里奇曼法 晶体生长 晶体退火 infrared nonlinear optical crystal LiInSe2 single crystal vertical Bridgman method crystal growth crystal annealing
