氟化钡(BaF2)晶体是已知响应最快的闪烁晶体，在高能物理、核物理及核医学等领域有着广泛的应用前景。抑制BaF2晶体的慢发光成分对其工程应用至关重要。本文利用坩埚下降法制备了高Y3+掺杂浓度5%、8%、10%(摩尔分数)的BaF2晶体，并采用Y3+与碱金属离子(Li+、Na+)共掺杂的方法形成电荷补偿阻止间隙F-的产生，制备了双掺杂型BaF2快响应闪烁晶体，进而基于优化的5 ns和2 500 ns时间门宽测试方法，研究了Y3+掺杂浓度以及Y3+与碱金属离子(Li+、Na+)共掺杂浓度对BaF2闪烁晶体快/慢成分比的影响规律。结果表明，生长的高浓度Y3+掺杂BaF2晶体的光学质量优异，在220 nm和300 nm处透过率分别高于90%和92%；随着Y3+掺杂浓度由0提高至10%，BaF2晶体的慢发光成分显著降低，快/慢成分比由0.15提高至1.21；生长的Y3+/Li+及Y3+/Na+共掺杂BaF2晶体的慢发光成分较Y3+掺杂BaF2晶体进一步降低，快/慢成分比最高分别可达1.63和1.61。研制的双掺杂BaF2快响应闪烁晶体有望应用于高能物理、核物理前沿实验等重要领域。

Ce∶LuAG晶体是一种性能优良的闪烁材料，但采用提拉法生长Ce∶LuAG时，经常出现开裂和包裹物缺陷。本文通过理论与实践相结合的方式分析了温度梯度、提拉速度、晶体旋转速度和热应变等因素对晶体产生缺陷的影响，并提出了解决办法，给出了适合生长优质Ce∶LuAG晶体的工艺参数：熔体上方温度梯度在5 ℃/mm左右，放肩角度在30°~60°，提拉速度1.0~1.5 mm/h，晶体旋转速度15~25 r/min。最后成功生长出直径30 mm、等径长50 mm质量较为完好的Ce∶LuAG单晶，晶体内核心面积小。

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。Ron1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。

锑化铟(InSb)材料因其特殊的性质被广泛用于红外光电探测等领域。随着更大面阵中波红外焦平面探测器的发展以及对低成本InSb红外探测器的需求，所需的晶片材料尺寸也日益增加。本文通过采用新结构石墨托以及高精度低损伤单线切割实现了5英寸InSb晶体定向断段；采用低损伤边缘倒角技术同时优化研磨参数改善了5英寸InSb晶片研磨；通过优化贴片工序提高了5英寸InSb晶片抛光后的平整度；通过优化抛光液pH值以及配比提高了5英寸InSb晶片表面质量。同时，使用X射线晶体定向仪、原子力显微镜等测试仪器对5英寸InSb晶片的晶向及偏差、抛光表面宏观质量、几何参数、表面粗糙度、晶格质量进行了测试表征。测试结果表明，采用优化后的加工工艺制备出了高质量的5英寸InSb晶片，能够满足InSb红外探测器制备需求。

本文设计了一种由硅橡胶包覆层包裹4个钨振子的新型声子晶体结构，通过有限元法计算该结构的色散曲线、振动模态和传输损失谱。结果表明，该结构的带隙范围为18.85~225.28 Hz，与传输损失谱频率衰减范围相吻合，能够有效抑制20~200 Hz的弹性波在声子晶体中传播。通过分析色散曲线上点的振动模态，说明带隙产生的原因。本文讨论了声子晶体板的缺口角度和振子之间的纵向和横向间距对带隙的影响，结果表明：当缺口角度减小时，带隙下边界几乎保持不变，带隙上边界升高从而增加了带隙的宽度；振子之间横向或纵向间距增大时，带隙下边界和上边界均上升，带隙变宽，进而优化了声子晶体模型的带隙。同时声子晶体板的缺口设计能够节省材料，从而减轻结构的质量。

直拉法在制备硅单晶的过程中存在机理假设多、多场耦合下边界条件不明确和化学变化交错且相互影响等问题，导致无法建立准确的机理模型用于硅单晶生长过程控制。针对此问题，本文以单晶炉拉晶车间的大量晶体生长数据为基础，基于互信息理论提出的最大信息系数(MIC)算法，对与晶体直径相关的特征参数进行分析，然后基于带外源输入的非线性自回归(NARX)动态神经网络，建立多输入单输出的等径阶段晶体直径预测模型，并对三台单晶炉拉晶数据进行直径预测，预测的平均均方误差值为0.000 774。最后将NARX动态神经网络同反向传播(BP)神经网络进行对比分析，验证了该模型的优越性。结果表明，NARX动态神经网络为晶体直径的控制提供了一种更准确的辨识模型。

本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对βGa2O3单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响，从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割βGa2O3单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面βGa2O3单晶切割片表面质量的影响，并采用SEM和SJ210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明，增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度，有效改善晶片表面质量。

MoTe2由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究，特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数密度泛函理论,通过第一性原理计算方法，研究了不同原子空位缺陷对单层2HMoTe2光电效应的影响。结果表明：不同空位缺陷下2HMoTe2器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时，2Te空位缺陷对单层2HMoTe2的光电流有显著提升，特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2HMoTe2的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移，减小了带隙，在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2HMoTe2在远离费米能级处具有相似的能带结构，从而导致在光子能量大于1.6 eV时，1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe2光电器件的设计。

本文基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法，采用第一性原理研究了含Cd空位缺陷CdS和含S空位缺陷纤锌矿CdS的几何结构、能带结构、电子态密度及光学性质。通过计算分析可知，含Cd空位缺陷的CdS体系均为p型半导体，含S空位缺陷的CdS体系跃迁方式均由直接跃迁变为间接跃迁。Cd、S空位缺陷的CdS体系的态密度总能量降低。空位CdS体系相较于本征CdS体系的静介电常数均有提高，并随着空位浓度的增大而增大，Cd空位缺陷体系更为明显，极化能力得到显著提升。空位Cd的CdS体系相较于本征CdS体系在红外波段存在明显的吸收，空位S的CdS体系相较于本征CdS体系在可见光波段存在明显的吸收。

采用第一性原理方法研究应变对Mo2C(001)表面电子结构及光学性质的影响。研究表明，在应变作用下Mo2C(001)表面均为间接带隙半导体，带隙随着压应变和拉应变的增加而减小。当应变为-20%时，Mo2C(001)表面由间接带隙半导体转变为金属性质。当应变为-20%、-15%、-10%、-5%、0%、5%、10%、15%、20%时，其带隙分别为0 eV、0.162 eV、0.376 eV、0.574 eV、0.696 eV、0.708 eV、0.604 eV、0.437 eV、0.309 eV。带隙变化的原因主要是Mo 4p、4d、5s态电子和C 3p态电子对应变敏感，在应变作用下受激发，活性增强导致价带顶在布里渊区G、A、L、M点之间变化，导带底在K、H点之间变化；当应变由-15%逐渐变化到20%时，吸收谱的第一峰逐渐减弱，并且第一峰对应的光电子能量减小，吸收带边向低能方向移动，表明光吸收随着压应变增大而增加，吸收带边随着拉应变增加向低能方向移动。其他光学性质表现出类似的变化规律，光学性质计算结果表明应变能够有效调节光吸收特性，增强光学利用率，研究结果为Mo2C(001)作为新型光电子材料的应用提供理论支撑。

为深入了解ZnMgO合金薄膜的结构与发光性能的关系，采用ZnO和MgO粉末球磨、冷压成型后再高温烧结的方式制靶，在石英基底上室温射频磁控溅射制备了Mg含量0%～8% (原子数分数) 的ZnMgO薄膜，然后于400 ℃空气退火。采用X射线衍射仪表征薄膜的晶体结构，场发射扫描电子显微镜及附带的X射线能谱仪(EDS)观测薄膜颗粒形貌和化学成分，荧光分光光度计测试光致发光(PL)谱。结果发现：ZnMgO合金膜为纤锌矿hcp结构的固溶体，随Mg含量增加，形貌由近似圆形变为圆形和无规则多边形混合型，原因是(002)晶厚失去主导且长大速率被(101)和(110)超过；PL谱出现一个强的紫光峰(390～393 nm)和一个微弱的近红外峰(758～765 nm)；随Mg含量的增加，紫光峰位先蓝移后红移，近红外峰位则发生红移；400 ℃空气退火后，所有峰位红移，强度显著增大。对退火处理前后出现的紫光峰和近红外峰的来源和变化规律进行了机制探讨。

利用第一性原理计算方法研究了层间距和外部电场对graphene/WSSe范德瓦耳斯异质结的电子特性和界面接触的影响规律。由于范德瓦耳斯力作用，graphene和WSSe单层的电子特性可以被保留在graphene/WSSe异质结中。当形成graphene/WSSe异质结时，在石墨烯的狄拉克锥中可以发现小的带隙值(7 meV)。电荷转移产生的内建电场在有效阻碍光激发载流子复合中起着关键作用。与两个独立单层相比，graphene/WSSe异质结在可见光区域具有增强的光吸收，在光电子器件中展现出了潜在应用价值。此外，graphene/WSSe异质结在平衡层间距处显示出n型肖特基接触特性。层间距和外部电场都可以用来改变graphene/WSSe异质结的肖特基势垒高度和接触类型，并有效调节graphene狄拉克锥的位置。本文研究内容为graphene/WSSe异质结在纳米电子和光电子器件领域的应用提供理论依据。

本文对TOPCon电池发射结的叠层钝化膜进行了研究，对比了3种不同叠层钝化膜(SiO2/SiNx、Al2O3(1.5 nm)/SiNx、SiO2/Al2O3(1.5 nm)/SiNx)的钝化性能。结果表明：Al2O3(1.5 nm)/SiNx的钝化性能优于SiO2/SiNx，SiO2/Al2O3(1.5 nm)/SiNx的钝化水平最佳，隐开路电压均值可达到705 mV。基于Al2O3/SiNx叠层膜研究了Al2O3厚度(1.5 nm、3 nm和5 nm)对钝化性能和电池转换效率的影响。当Al2O3厚度由1.5 nm增加到3 nm时，钝化性能得到明显提升，隐开路电压均值提高了20 mV，达到707 mV，对应电池的光电转换效率升高了0.23个百分点，与SiO2/Al2O3(1.5 nm)/SiNx叠层膜电池的转换效率持平。然而，当Al2O3厚度继续增加至5 nm时，隐开路电压均值保持不变。因此可以使用Al2O3(3 nm)/SiNx叠层膜代替SiO2/Al2O3(1.5 nm)/SiNx叠层膜，不仅简化了电池的工艺步骤，而且降低了生产成本。

本文利用高温固相反应法合成了六角Y1-xHoxMn0.8Fe0.2O3多晶样品，研究Ho3+掺杂对YMn0.8Fe0.2O3微结构以及磁性质的影响。X射线衍射和拉曼测量结果显示所有样品均为单相六角结构，当Ho3+掺杂浓度低于0.15时，晶格常数a、c，晶胞体积及Mn—O键长均随着掺杂浓度的增加而减小。A位稀土原子位移差以及拉曼声子模式的变化表明随着Ho3+掺杂比例增加，A位稀土原子相对于平面的偏移减小，MnO5双锥体倾斜角减小，B位Mn3+的三聚作用被削弱，Mn3+—O2-—Mn3+间超交换作用减弱，反铁磁(AFM)序被抑制，反铁磁转变温度下降。磁性测量显示低温下Y0.9Ho0.1Mn0.8Fe0.2O3的磁化强度显著增强，弱铁磁(WFM)序增加，归因于Ho3+加入后系统磁阻挫行为的降低及Ho3+—O2-—Mn3+间自旋交换作用产生的铁磁序。这为进一步探索室温多铁性材料提供了思路。

在室温下使用机械化学法，通过引入微量甲醇与油胺作为配体辅助合成，成功制备了CsPbBr3Cs4PbBr6 钙钛矿复合纳米晶(NCs)。对该纳米晶进行粉末X射线衍射(XRD)、元素含量分析(EDS)、紫外可见吸收光谱(UVVis)、光致发光(PL)光谱及透射电子显微镜(TEM)等测试。与未添加甲醇的样品相比，添加0.85 mL甲醇的样品发光强度提高了58%，量子产率(PLQY)从11%提高到55%，并且复合NCs中Cs4PbBr6的存在使得样品的室温稳定性得到改善。本实验证实了机械化学法制备过程中甲醇的引入可以调整复合物纳米晶的成分，从而显著提高产物的发光强度和稳定性，为室温合成发光纳米晶提供了新思路。

本文通过在水热法过程中添加不同含量的FeCl2合成了一系列Bi2Fe4O9纯相纳米晶，成功地在Bi2Fe4O9中引入了更多低价态的铁离子。紫外可见吸收谱数据证明FeCl2的加入使得Bi2Fe4O9的光学带隙从2.06 eV降低到1.96 eV。扫描电子显微镜照片和X射线衍射图谱均证明本文合成的样品为纯相正方形片状Bi2Fe4O9纳米晶。在500 W汞灯照射下，对合成的三个Bi2Fe4O9纳米晶样品(S1、S2、S3,分别对应不同FeCl2含量x=0,0.2 mmol,0.4 mmol)进行甲基橙染料降解实验，结果表明在添加20 μL双氧水时，三个样品的光催化降解速率均最快，其中S3样品的光催化降解速率比S1、S2更快。因此在适当加入双氧水的情况下，FeCl2的加入可有效提升Bi2Fe4O9光催化降解染料分子的性能。

采用传统固相反应法制备了xLi0.5Bi0.5MoO4(1-x)Li2Zn2(MoO4)3 ［xLBM(1-x)LZM］复合陶瓷，研究添加不同质量分数(x=25%，30%，35%，40%和45%)的LBM对LZM陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构以及微波介电性能的影响。结果表明：添加一定量的LBM不仅能将LZM的谐振频率温度系数(τf)调节近零，还能降低LZM的烧结致密化温度；LBM可与LZM共存，且不发生化学反应生成其他新相。随着LBM添加量增加，复合陶瓷的烧结致密化温度逐渐降低、体积密度先增大后减小、介电常数(εr)与τf逐渐增大而品质因数(Q×f)逐渐减小。当LBM添加量为40%时，LZMLBM复合陶瓷在600 ℃烧结2 h获得最大体积密度为4.41 g/cm3，以及优异的微波介电性能：εr为13.8，Q×f为28 581 GHz，τf为-4×10-6/℃。

本文以高纯电熔镁砂和煅烧活性氧化铝粉为原料，以氧化亚镍(NiO)为添加剂，通过传统固相烧结法制备镁铝尖晶石材料。将MgO和Al2O3粉按理论摩尔比1∶1进行配料，在体系中分别引入质量分数为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的NiO。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对烧结后试样进行分析，研究了NiO的添加对MgAl2O4材料烧结性能、物相组成及显微结构的影响。结果表明：引入适量的NiO可以显著促进MgAl2O4相的形成以及晶粒的发育长大；在1 600 ℃时，当NiO含量低于1.5%时，NiO能完全溶入MgAl2O4晶格并优先取代Al3+，提高了MgAl2O4晶体内部的缺陷浓度，活化了晶格，从而促进MgAl2O4的烧结。当NiO含量高于1.5%时，其内部开始出现较多第二相NiO，阻碍了物质的迁移和传输，反而不利于MgAl2O4烧结性能的提高。

使用物理气相传输法(PVT)通过扩径技术制备出直径为209 mm的4HSiC单晶，并通过多线切割、研磨和抛光等一系列加工工艺制备出标准8英寸SiC单晶衬底。使用拉曼光谱仪、高分辨X射线衍射仪、光学显微镜、电阻仪、偏光应力仪、面型检测仪、位错检测仪等设备，对8英寸衬底的晶型、结晶质量、微管、电阻率、应力、面型、位错等进行了详细表征。拉曼光谱表明8英寸SiC衬底100%比例面积为单一4H晶型；衬底(004)面的5点X射线摇摆曲线半峰全宽分布在10.44″~11.52″；平均微管密度为0.04 cm-2；平均电阻率为0.020 3 Ω·cm。使用偏光应力仪对8英寸SiC衬底内部应力进行检测表明整片应力分布均匀，且未发现应力集中的区域;翘曲度(Warp)为17.318 μm，弯曲度(Bow)为-3.773 μm。全自动位错密度检测仪对高温熔融KOH刻蚀后的8英寸衬底进行全片扫描，平均总位错密度为3 293 cm-2，其中螺型位错(TSD)密度为81 cm-2，刃型位错(TED)密度为3 074 cm-2，基平面位错(BPD)密度为138 cm-2。结果表明8英寸导电型4HSiC衬底质量优良，同比行业标准达到行业先进水平。

作为第三代半导体材料的典型代表，碳化硅因具备宽的带隙、高的热导率、高的击穿电场以及大的电子迁移速率等性能优势，被认为是制作高温、高频、高功率以及高压器件的理想材料之一，可有效突破传统硅基功率半导体器件的物理极限，并被誉为带动“新能源革命”的绿色能源器件。作为制造功率器件的核心材料，碳化硅单晶衬底的生长是关键，尤其是单一4HSiC晶型制备。各晶型体结构之间有着良好的结晶学相容性和接近的形成自由能，导致所生长的碳化硅晶体容易形成多型夹杂缺陷并严重影响器件性能。为此，本文首先概述了物理气相传输（PVT）法制备碳化硅晶体的基本原理、生长过程以及存在的问题，然后针对多型夹杂缺陷的产生给出了可能的诱导因素并对相关机理进行解释，进一步介绍了常见的碳化硅晶型结构鉴别方式，最后对碳化硅晶体研究作出展望。

MicroLED作为新一代显示技术，具有高亮度、低能耗、长寿命、自发光等优点，但其低效率全彩色显示等技术瓶颈限制了其产业化的进程和普及率的上升。全彩色显示是microLED商业化的关键技术，但随着LED芯片的高度集成化和微小化，将巨量的RGB三色芯片转移到同一衬底上实现全彩色显示的方法很大程度上造成了高成本和低成品率。因此，亟需发现更为简便和高效的全彩色显示方法。本文就microLED微显示器的制作技术及其实现全彩色显示的方法进行综述，重点介绍了量子点颜色转换层法、RGB直接排列法、特殊结构法和光学透镜法，最后探讨了microLED微显示器的技术挑战及发展趋势。

MAX相是一类具有层状结构的三元碳化物或(和)氮化物，M是过渡金属元素，A主要是ⅢA~ⅤA族元素，X是C或N元素。这类化合物兼具陶瓷材料和金属材料的特点，具有优异的导电、导热、耐腐蚀以及抗氧化等性能，在诸多领域具有潜在应用价值。近年来，新元素、新结构和固溶体MAX相的不断出现，进一步扩展了MAX相家族。固溶体MAX相是将合适的元素固溶到已知MAX相中而得到的新MAX相。本文分四类总结了127种MAX相固溶体，对其结构改变和性能调控进行了概括，并指出目前研究存在的理论问题和亟须解决的关键技术，最后对MAX相固溶体的发展进行了预测和展望。