砷化镓材料技术发展及需求

介绍了HB、LEC、FEC、VCZ、VB、VGF砷化镓单晶炉及生长技术,分析了各种生长技术的优缺点及发展趋势。HB砷化镓多晶合成和单晶生长可以同时完成,生长温度梯度小、位错小、应力小;其缺点为不易生长半绝缘砷化镓单晶材料。LEC法生长过程可见,成晶情况可控,可生长大尺寸、长单晶;其缺点是晶体温度梯度大、位错密度高、应力高、晶体等径控制差。VB/VGF法生长出的单晶位错密度和残留应力比LEC法低,晶体等径好,适合规模生产;其缺点在于容易产生双晶、线性缺陷和花晶,过于依赖生长系统重复性和稳定性。     

降低半绝缘GaAs单晶片亮点缺陷的热处理工艺研究

GaAs单晶材料已成为一种重要的微电子和光电子基础材料,应用广泛。为了降低半绝缘砷化镓单晶片表面的亮点缺陷,对砷化镓晶片在不同温度和不同砷蒸汽压条件下进行了热处理,研究了热处理对砷化镓中砷的存在形式转换的影响及其机理。     

“太空材料之母”

<正>砷化镓是一种很有发展潜力的新型半导体材料。在地面上进行砷化镓单晶生长时,由于地球引力等原因,会造成难以克服的杂质玷污问题。而在太空中,摆脱了重力影响因素,则会有利单晶生长。然而,由于空间能源有限和技术复杂,加上砷化镓的     

VCSEL阵列用半绝缘砷化镓单晶生长工艺研究

VCSEL(垂直腔面发射激光器)阵列是一种面发射的化合物半导体有源器件,已广泛应用于激光制导、激光测距等军事电子领域。为了减少发射单元之间的高频串扰,VCSEL阵列必须生长在高电阻率和低位错密度的砷化镓衬底上。通过采用VGF(垂直梯度冷凝法)生长7.62 cm砷化镓单晶,并选取合适的温度梯度(4℃/cm左右)和低位错籽晶,同时掺入一定剂量的高纯碳粉并选用适量的无水氧化硼作为液封剂,成功地研制出低位错密度的7.62 cm半绝缘砷化镓单晶材料。     

坩埚下降法生长红外砷化镓晶体的研究

利用坩埚下降法生长红外砷化镓晶体,坩埚下降炉控温1 260℃,晶体以2.5mm/h速度在温度梯度为10℃/cm的条件下结晶生长.PBN坩埚外壁黏附有气相自发成核、尺寸为1~3mm的砷化镓单晶颗粒.生长的砷化镓晶体直径约50.8mm,总长约140mm.晶体头部放肩阶段存在异相成核,尾部出现多晶.截断后获得的砷化镓单晶长约100mm,成晶率达70%.砷化镓单晶结晶质量良好,头尾平均位错密度分别为868cm-2和1 436cm-2,电阻率达107Ω·cm量级.砷化镓单晶整体红外透过率约为55%,接近最高理论透过率55.8%.满足工业界使用要求.     

均一化吸附床吸附过程的数值分析

建立均一化吸附床动态吸附模型,并对Al掺杂硅胶与NW-162 2种新型吸附材料的除湿过程进行模拟.研究结果表明,Al掺杂硅胶与NW-162 2种新型吸附材料的应用使除湿系统的吸湿速率提高了20%,持续工作时间增加了40%.通过对各种材料的模拟计算,可为实际除湿过程提供指导依据,并能加快新材料在除湿系统中的实际应用.     

体积比对砷化镓单晶质量的影响

砷化镓是一种新型的无机材料,由于其本身具有许多优良的特性,在微波和某些光学方面的应用都显示出优点,所以受到国内外广泛的重视。制备砷化镓单晶所涉及的许多有关反应条件,影响单晶质量的因素及反应机理的问题还远没有弄清。根据国内外工作,水平布里吉曼法制备砷化镓单晶,其主要缺点是在制备过程中严重引起硅沾污。近几年来,针对这一问题,国内外均将二温区的水平布里吉曼法发展成三温区法,从而较为理想地克服了硅沾污的现象。我们参照了兄弟单位的有关经验,改装了三温区炉(其结构与温度分布见文献5),并用该炉作了体积比对砷化镓单品质量的影响的条件实验。     

Cz法大型砷化镓单品生长中熔体流动和传热

采用低雷诺数κ-ε模型，计算分析了Cz法大型砷化镓单晶生长中熔体内的热量、动量输运特性。结果表明：适当的坩埚旋转能有效抑制晶体旋转产生的对流和浮力对流，增大晶体转速能使晶体／熔体界面附近等温线更加平直，适当的坩埚、晶体转速匹配能够抑止晶体／熔体界面附近的温度波动，热毛细力对强烈熔体流动的影响可以忽略不计，但对较弱的熔体流动影响较大。文中还给出了较为适宜的坩埚、晶体转速匹配方式。研究结果为生长高质量大型砷化镓单晶提供了有重要价值的数值依据。     

B_2O_3质量对VGF晶体生长工艺成晶率的影响

B_2O_3的吸水性特别强,水含量不同,其与p BN坩埚浸润状态也会有所不同,B_2O_3与p BN坩埚壁的浸润状态对晶体生长能否成功非常重要。同时,B_2O_3添加量的多少也会影响晶体生长中熔体的化学计量比,从而影响成晶。通过对VGF晶体生长工艺中所使用的液封剂B_2O_3的水含量及添加量对砷化镓晶体成晶率影响的试验分析,确定合理的添加量及水含量,提高了砷化镓晶体生长的成晶率,使掺硅砷化镓单晶生长的成晶率达到75%以上,有效地降低了生产成本。     

超声雾化液体除湿空调系统性能实验研究

实验研究了超声雾化液体除湿空调系统的除湿效率,分析了氯化钙和氯化锂混合盐溶液的质量分数、液气比、气液反应时间等因素对除湿效率的影响.结果表明,在9种实验工况下,系统的除湿效率为18.1%~26.9%.随着混合盐溶液的质量分数从38%减小至35%,系统除湿效率逐渐降低;液气比是影响系统除湿效率的重要因素,当液气比由0.18增至0.84时,除湿效率提高约50%;增加气液反应时间能够有效改善除湿效率.另外,提高除湿效率会导致空气温升变大.     

掺硫LEC-GaP单晶载流子的分布

采用高压液封直拉法生长2英寸N型掺硫GaP单晶,通过浮舟技术控制直径.按照理论公式计算出掺杂量,采用范德堡法测试掺硫GaP单晶头部、中部和尾部的载流子浓度.分析了固液界面形状对载流子分布的影响,在平坦的固液界面下得到的单晶载流子分布更为均匀.探讨了浮舟控径单晶横向和纵向载流子分布及其影响因素.比较和讨论了浮舟控径和无舟计算机闭环控径单晶纵向载流子分布,表明采用浮舟控制及工艺,造成晶体生长过程中分凝系数及补偿度的变化,使得晶体纵向载流子浓度先降低后升高,提出了通过变速拉晶,可以改善单晶纵向载流子均匀性.讨论了浮舟质量对载流子分布的影响,采用质量较大的浮舟生长GaP单晶,其纵向载流子分布更均匀.     

Bi4－xNdxTi3O12单晶的光谱学特性研究

使用自助熔生长法生长Bi4－xNdxTi3O12（BNdT,x=0,0．5,0．85）单晶,研究了Nd掺杂对BNdT单晶光谱学特性的影响．常温拉曼光谱结果表明：随Nd含量的增加,BNdT中TiO6八面体振动模式有所增强;Nd含量增加到一定值,BNdT单晶可能在常温下发生铁电-N电相转变;位于（Bi2O2）^2＋层的Bi-O振动模式随Nd掺杂量增加而减弱,表明Nd含量较低时,Nd^3＋离子仅仅取代伪钙钛矿层的Bi^3＋离子,当Nd含量较高时,有部分Nd^3＋离子开始替换（Bi2O2）^2＋层中的Bi^3＋离子．紫外-可见光谱结果表明,BNdT单晶具有间接带隙跃迁的特点,而且单晶的禁带宽度随Nd掺杂含量的增加而减小。     

超高纯晶体能在真空条件下生成

当电子迅速通过半导体时,半导体纯度的重要性仅次于电子运动速度。因此,在材料中的杂质越少,电子的移动速度就越快。这一法则已由一个研究小组用于砷化镓的研究中(砷化镓是激光唱机中所用的一种半导体材料)。如将生长的砷化镓晶体     

优化半绝缘GaAs双抛片精抛工艺的可行性探究

半绝缘砷化镓(SI-GaAs)的抛光片作为微波大功率器件、低噪声器件等的重要衬底材料而被广泛应用。为提高产品的表面质量、良品率以及产量,同时释放部分生产力,降低生产成本,探究通过改良半绝缘砷化镓(SIGaAs)双抛片的精抛工艺,将现有的先后由单面抛光机、双面抛光机两步精抛法优化为只用双面抛光机一步精抛法的可行性。     

光伏/光热驱动的溶液除湿空调系统性能比较

为改进溶液除湿系统的性能,提出了一种应用太阳能光伏再生的方法.通过离子交换膜分离溶液中的溶质与水分,从而再生除湿溶液,利用太阳能光伏发电提供再生过程所需的能量.对光伏驱动的溶液除湿空调系统的再生原理与系统流程进行了介绍,建立了除湿再生部分的模型,对各部分进行了质量能量平衡的分析,并将新方法与传统光热再生方法的性能进行了分析比较.结果显示:新方法减小了高环境湿度的不良影响,提高了稳定性;新方法减少了系统对环境的污染;与有热回收的传统方法相比,新方法的性能与之相当,与无热回收的传统方法相比,新方法系统性能高出20%以上,在太阳辐射不足的情况下,新方法的再生性能可达到传统热再生方法的2倍以上.     

提升金刚石的韧性:同质外延生长周期性氮掺杂纳米多层单晶金刚石

采用微波等离子体化学气相沉积生长周期性氮掺杂纳米多层单晶金刚石。通过光发射谱判定腔室中气体（CH₄和H₂）的残余时间,确定纳米多层的生长工艺,进而获得周期性氮掺杂纳米多层单晶金刚石。当周期性氮掺杂纳米多层中单个氮掺杂层的厚度约为96 nm时,在杨氏模量为1000 GPa下,其断裂韧性为18.2 MPa?m1/2。周期性氮掺杂CVD层的断裂韧性约为HPHT籽晶的2.1倍。周期性的氮掺杂层产生了周期性的压应力和张应力,因此显著提高了金刚石的断裂韧性。高韧性的单晶金刚石在高压顶砧和刀具上具有广泛的应用。     

Te自助熔剂定向凝固法生长CdTe晶体

碲化镉(CdTe)晶体是一种制造室温X射线和γ射线探测器最为理想的半导体材料,在医学、食品、安检、核废料监测等应用领域前景广阔。采用一种Te自助溶剂定向凝固技术生长CdTe晶体,在区熔温场及坩埚旋转系统的综合作用下,获得了平坦状的理想固液界面形貌。生长?25 mm的CdTe晶体横截面单晶区域面积可达70%,从?56 mm的CdTe晶体中可截取尺寸达15 mm×15 mm×3 mm的单晶,电学测试表明CdTe晶体在未掺杂改性条件下电阻率达10~8Ω·cm。红外透射显示,CdTe晶体中包含尺寸范围为1～20μm的Te夹杂,这是CdTe单晶生长过程中出现的主要微观缺陷。该工作取得的相关成果对未来CdTe晶体生长技术发展具有一定参考价值和借鉴意义。     

水平定向凝固法合成砷化镓多晶

采用水平定向凝固法合成砷化镓多晶,定向凝固炉分为3个温区,砷单质在低温区(约630℃)升华,通过中温区后在高温区(1 250~1 255℃)与镓逐渐化合为砷化镓多晶.石英变形、砷端杂质、多晶表面氧化以及多晶尾端富镓是合成砷化镓多晶过程中易出现的宏观缺陷.通过对原料配方设计、砷蒸气压控制以及炉子降温程序设计等进行优化,成功获得了完整性好且电学性能指标优异的砷化镓多晶.多晶的迁移率在4 800~5 400cm2/(V·s),载流子浓度为1015~1016 cm-3量级,完全满足砷化镓单晶制备要求.     

主--从式绝缘监测系统的设计

直流系统的绝缘水平直接影响直流回路的可靠性.针对监测电网直流系统的绝缘问题,提出了一种主-从式绝缘监测系统的设计方案,即用一个绝缘主模块来测量主回路的绝缘电阻,而用专门的支路模块来判断出现绝缘降低的那条支路,并利用不平衡电桥法给出了一个较为精确的,用于电网直流系统计算正负母线绝缘值都出现降低的情况下的正、负绝缘电阻的公式,在实际应用中取得了很好的效果,当绝缘电阻在5K到50K之间时,测量精度可达到5%.     

竹材及杨木单板在湿热环境下的湿膨胀性能差异

竹材杨木复合层积材在使用过程中会因环境湿度和温度的变化而产生一定的形变,甚至功能失效。对竹材和杨木的湿膨胀系数在各个方向的差异进行研究,可为竹材杨木复合材料的合理设计提供依据。笔者采用电阻应变片法,研究竹材和杨木单板在恒温条件下除湿和增湿处理不同阶段的应变,分析了竹材和杨木的不同方向湿膨胀系数。结果表明：竹材和杨木在纵横两方向上的湿膨胀有着较大差异。这种差异在常温常湿下最小;湿度下降阶段,杨木单板的纵向及横向湿膨胀系数为竹材的2倍以上,两者复合后杨木形变量较大,竹材的应变具明显的吸湿滞后。由于吸湿膨胀系数和吸湿滞后的影响,在湿度变化时,会出现除湿时向杨木方向的纵向弯曲,吸湿膨胀时会出现向竹材面的纵向弯曲现象。