VGF法SI-GaAs单晶生长工艺与固液界面形状的研究

阐述了VGF法SI-GaAs单晶生长工艺中非平坦形固液界面形成的原因,分析了由此导致的单晶尾部径向电阻率不均匀性分布及单晶可利用率低的原因。在等径生长阶段引入VB走车工艺,并通过实验验证了VB走车工艺的应用效果,有效改善了固液界面形状和单晶尾部电阻率不均匀性,提升了SI-GaAs单晶的可利用长度。     

泡生法生长蓝宝石晶体的气泡缺陷研究

研究了泡生法生长蓝宝石单晶过程中,单晶内的气泡的产生、分布形态以及形成原因等。结果表明,原料的纯度、固液界面的稳定性是决定气泡分布的关键因素,其中固液界面的稳定性又取决于合理的生长工艺条件,尤其是晶体的生长速率和合适的温场设计。     

铜单晶连铸过程中固液界面位置和形状的数值分析

为了准确地控制工艺参数 ,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶 ,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状 .发现铸型温度 (TM)、连铸速度 (v)、冷却位置 (L)和熔体温度 (TL)影响固液界面的位置和形状 ,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状 .当固液界面位于铸型内距出口端 2～ 3 m m时 ,可获得表面光洁、晶体取向度小于 10°的连铸铜单晶 .为了获得高质量的单晶 ,固 -液界面面必须平滑 ,甚至是平界面 .计算结果与实验结果吻合很好 ,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数 ,为铜单晶连铸提供理论依据 .     

铜单晶铸过程中固液界面位置和形状的数值分析

为了准确地控制工艺参数,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状.发现铸型温度(TM)、连铸速度(v)、冷却位置(L)和熔体温度(TL)影响固液界面的位置和形状,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状.当固液界面位于铸型内距出口端2～3mm时,可获得表面光洁、晶体取向度小于10°的连铸铜单晶.为了获得高质量的单晶,固-液界面面必须平滑,甚至是平界面.计算结果与实验结果吻合很好,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数,为铜单晶连铸提供理论依据.     

关于掺钠的铌酸锂晶体的生长

通过选择合适的原料配比(L i2O占48.6%,Nb2O5占51.4%,并掺入3%的钠),控制固液界面处的温度梯度,选择合适的晶体生长速度,采用提拉法成功地生长出了具有良好光学均匀性的掺钠L iNbO3晶体,用X射线粉末衍射获得了晶体的晶胞常数,结果表明掺钠后晶体常数a增大c减少,并讨论了掺钠L iNbO3晶体生长存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向.     

ACRT强迫对流对定向凝固过程传热传质的影响

计算模拟了采用加速坩埚旋转技术的Bridgman法(ACRT-B)碲锌镉单晶体生长过程,以流函数图清晰地展示了晶体生长过程中固液界面前沿对流的周期性变化,以等温线图展示了界面前沿熔体温度场的变化,以等浓度线图展示了晶体内的组分偏析.计算结果表明:强迫对流显著提高了熔体中溶质分布的均匀性,可得到均一的熔体浓度场.强迫对流显著增加了固液界面凹陷深度.与不施加ACRT相比,强迫对流增加了晶体内溶质成分的轴向偏析,显著减小了径向偏析.     

GaP绿色发光材料的电子能谱分析

本定时n型GaP单晶及掺氦P型外延层,进行了电子能谱分析,给出了材料的组分结构状态、化学位移,并讨论了材料质量的有关问题。     

电磁场对Al-Mg/Al-Si复合界面析出相的影响

为了给液固相复合界面控制提供理论支持,研究了在电磁离心铸造复合轧辊中电磁场对液固相双金属复合界面的影响.采用离心铸造法制备Al-Mg/Al-Si双金属复合管,在液固相复合过程中施加电磁场,并利用扫描式电子显微镜、 X射线衍射、电子探针微区分析的方法分析复合界面.结果表明:与未施加磁场时相比,施加磁场后界面区域内的物相组成没有发生变化,但是界面内新析出的初生Mg2Si相尺寸显著减小,边角钝化,并且在径向上共晶Mg2Si相与初生Mg2Si相的分布更加趋于均匀.     

碳纳米管生长机理研究现状及固-液界面生长模型探索

分析讨论了电弧法、激光蒸发法、CVD法制备碳纳米管的生长模型,结合催化剂的熔点,尝试性提出了CVD法制备碳纳米管的固-液界面生长模型.     

退火对p 型GaP 和p 型AlGaInP载流子浓度的影响

采用LP-MOCVD技术在n-GaAs衬底上生长了AlGaInP/GaInP多量子阱红光LED外延片.相关研究表明退火对p型GaP和p型AlGaInP载流子浓度有重要影响.与未退火样品相比,460℃退火15min,外延片p型GaP层的空穴浓度由5 6×1018cm-3增大到6 5×1018cm-3,p型AlGaInP层的空穴浓度由6 0×1017cm-3增大到1 1×1018cm-3.这可能是由于退火破坏了Mg-H复合体,恢复了Mg受主的活性导致的.     

防止重掺砷CZ单晶硅组分过冷的探讨

在探讨组分过冷数学模型的基础上,针对重掺砷CZ单晶硅的生长,理论计算了防止组分过冷时固液界面处晶体温度梯度G_S的临界值为51.32~33.10 K/cm.以此为依据,设计了具有较大温度梯度的18寸(60 cm)晶体生长热场,以数值模拟的方法,给出了固液界面处晶体的温度梯度G_S的模拟值为54.68~38.14 K/cm.在晶体等径生长的各个阶段,固液界面处晶体的温度梯度G_S的模拟值均在防止组分过冷的临界值之上,可以有效避免晶体生长过程中组分过冷的发生,并利用实际晶体生长试验的结果验证了以上分析的有效性.     

酸碱滴定法测定GaP半导体工艺中所掺N浓度的研究

本文将酸碱滴定法用于 GaP 半导体器件的生产中,测定了半导体工艺中所掺微量元素N 的含量.结果准确,精度高,从而实现了半导体中掺 N 浓度的控制.     

复杂高硫渣中有价金属的分离工艺

采用煤油脱硫-氯盐浸出-分步水解法对复杂高硫渣中有价金属的分离进行研究.研究反应时间、反应温度、液固比等因素对实验过程的影响.结果表明:在反应温度为95 ℃,反应时间为0.5 h,液固比分别为11-1时进行2次连续煤油脱硫实验,硫的脱除率为98%,脱硫渣中铋和锑富集,其含量约为复杂高硫渣的6倍.在硫酸质量浓度和氯化钠质量浓度均为150 g/L,液固比为10-1,反应温度为65 ℃时,锑的浸出率为96%,铋的浸出率为98%.采用分步水解,在氯盐浸出液中控制pH=0.8水解沉锑;在沉锑后液中控制pH=1.5水解沉铋,锑和铋的沉淀率分别为85.6%和98%.在整个优化工艺条件下,锑的回收率为82%,铋的回收率为96%.     

BaB2O4单晶快速生长时的界面形态与表面台阶形貌

利用微分干涉显微镜和原子力显微镜, 分别研究了快速生长的BaB₂O₄单晶固液界面形状的演化和晶体(0001)显露面上的台阶形貌. 结果显示, 在快速生长条件下, 晶体固液界面会由平坦状向骸晶状界面转变; 而晶体表面台阶的形貌与晶体生长的方向密切相关, 沿着<1010>方向运动的台阶束构成台阶流形貌, 而沿着<0110>方向运动的台阶束则表现为台阶片段的形貌. 通过AFM分别计算了表面上不同方向排列的纳米尺度上台阶的高度, 从而估算了晶体生长构造单元的尺寸, 结果说明在快速生长时溶液过饱和场的极度不均匀性造成的构造单元尺度和台阶聚并行为的各向异性是引起台阶流形貌各向异性的主要原因.     

粗糙固体表面温度阶跃的分子动力学模拟

建立了粗糙纳通道内液体热传导的分子动力学模型,模拟研究了纳通道内液体的温度分布和液固界面处的温度阶跃现象,获得了液固相互作用强度、表面粗糙高度和壁面刚度对界面处温度阶跃的影响规律.研究结果表明:在固体壁面附近,液体温度偏离了线性分布,液固界面处出现了温度阶跃.与光滑表面相比,粗糙度的存在降低了液固界面处的温度阶跃程度.粗糙高度的增加扩大了液固相互作用面积,延长了近壁面附近的液体分子与固体之间的能量交换时间,强化了液固界面的能量传递,从而使得界面处温度阶跃降低.另外,提高液固相互作用强度或者降低固壁刚度均可使液固界面处温度阶跃程度减小.     

高速定向凝固溶质偏析的相场法数值模拟

利用耦合溶质场的相场模型,采用温度冻结近似条件对单相二元合金高速定向凝固的界面形态及溶质偏析进行了模拟,展现了定向凝固过程中的平-胞-平转变,研究了固相扩散系数Ds及溶质梯度系数δ对模拟结果的影响.研究结果表明,随着界面推进速度的增加,界面形态由初始平面生长转变为胞晶/细胞晶以及平界面生长;随着固相溶质扩散系数Ds的增加,界面推进速度减小,溶质分配系数减小,界面前沿溶质扩散层变厚,微观偏析程度减小,得到成分均匀的胞晶组织.但是,当Ds小于10-7cm2/s时,Ds对界面推进速度及溶质浓度分布都没有明显的影响.随着溶质梯度系数δ的增加,胞晶尖端生长速度相应增加,溶质分配系数k增大,溶质截留效应明显.     

两相区中生长单晶的分凝问题

讨论了二元系一般相图形态下,两相区生长单晶时的组分分布,富集层的影响,不产生组分过冷的条件,推导了求解组分分布,结晶温度变化的公式。讨论了三元固溶体系单晶组分的确定方法,推导了一些条件下晶相组分分布的公式。指出了三元系在单晶生长问题中应用时可以用膺二元系来简化的条件。     

笼状热电材料p型和n型Ba8Ga16Ge30单晶之间载流子的调谐研究

本研究首次实现了p型和n型Ba_8Ga_(16)Ge_(30)(BGG)单晶之间载流子类型的相互转换.采用以对方单晶为前驱体的再合成调制方法,再次制备了Ba_8Ga_(16)Ge_(30)(BGG)单晶笼状热电材料,利用物理属性测量系统(PPMS)测量单晶样品的变温电阻率并对其载流子类型进行了评价.结果表明:p型和n型Ba_8Ga_(16)Ge_(30)(BGG)单晶之间载流子类型可以成功地进行相互转换,且n型转换为p型样品时前驱体状态及成分配比的不同可导致改性后样品电阻率及载流子浓度不同.以单晶为前驱体的晶体再生长以及载流子调节对于制备珍贵同位素替代的大块单晶具有指导意义,有益于材料内部笼内及笼上原子的非简谐振动研究,并对热电材料的再生利用也具有重要意义.     

超声场中Ag-Cu-Sb三元共晶的生长机制

在频率为35 kHz的超声场中实现了三元Ag_42.4Cu_21.6Sb₃₆共晶的液固转变. 凝固过程中合金熔体内部的声场分布表明, 在声波的传播方向上, 随着液固界面自下而上推移, 界面处液相中的声强逐渐升高. 超声场的不均匀性促使(ε +θ +Sb)三元共晶生长形态沿声波传播方向呈现出“三元离异共晶-不规则和规则三元共晶混合组织-规则三元共晶”的区域特征. 在声强最高的区域内, 空化效应引发3个共晶相独立形核, 声流有效抑制了共晶相的协同生长, 组织生长形态为粗大的三元离异共晶. 同时, 声场加速了共晶液固界面前沿的溶质传输, 降低了3个共晶相对溶质元素的固溶程度.     

各向异性影响非等温凝固过程的相场法模拟

采用相场法,模拟Ni-Cu二元合金非等温凝固时各向异性系数对晶体生长行为的影响.结果表明,各向异性系数越大,二次枝晶越发达,枝晶生长速度越快.潜热的释放,致使固相区温度比液相的高,而且在二次枝晶生长速度最快的固/液界面处的温度最高.固/液界面温度的升高,使过冷度降低,晶体的生长受到抑制,生长速度出现波动.