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人工晶体学报
中材人工晶体研究院
人工晶体学报

中材人工晶体研究院

沈德忠

月刊

1000-985X

jtxbbjb@126.com

010-65491290；65492963

100018

北京朝阳区红松园1号中材人工晶体研究院，北京733信箱

人工晶体学报/Journal Journal of Synthetic CrystalsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊报道我国在半导体材料、光电子材料、纳米材料、薄膜材料和超硬材料等领域在理论研究、生长技术、性能、品质鉴定、原料制备，以及应用技术和加工等方面的科研成果，同时介绍国内外晶体材料的发展动态与学术交流活动。学报是我国从事人工晶体研究人员与国外同行交流的一个重要窗口。
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    含镓石榴石系列大晶格常数磁光衬底单晶研究进展

    李泓沅孙敦陆张会丽罗建乔...
    1657-1668页
    查看更多>>摘要：近年来，光通信技术与集成电子器件飞速发展，以稀土铁石榴石(RIG)为代表的磁光薄膜被视为应用于近红外通信窗口最具潜力的磁光材料。为了尽量减小磁光薄膜在制备过程中相关性能受到的影响，衬底材料的选择成为关键。制备RIG磁光薄膜通常采用Si类及石榴石氧化物类作为衬底材料。RIG磁光薄膜的晶格常数一般在12。4 Å左右，含镓类石榴石氧化物单晶衬底基片与其晶格常数相近，具有大晶格常数特性，是其合适的衬底材料之一。但是，由于原料氧化镓高温易挥发，使含镓类石榴石单晶制备成为一直以来关注和讨论的热点。深入研究含镓类石榴石衬底单晶有望促进新一代磁光器件的发展。本文综述了在含镓类石榴石系列单晶中，氧化物磁光衬底单晶的研究进展，总结了本团队在该类晶体生长、晶体结构、关键参数等方面的研究工作，展望了该类晶体的研究发展趋势。

    晶体生长磁光衬底含镓石榴石晶体提拉法晶格常数

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    坩埚下降法生长2英寸镱掺杂钙铌镓石榴石单晶

    周霖涛赵涛孙志刚姜林文...
    1669-1674页
    查看更多>>摘要：本文通过坩埚下降法生长了直径2英寸(1英寸=2。54 cm)的4。2％镱离子掺杂钙铌镓石榴石(Yb∶Ca3(NbGa)5O12)晶体，获得的晶体外观完整，无明显瑕疵。通过XRD测试分析了晶体的结构，该晶体为立方晶系，晶胞参数a=b=c=12。493 Å。将该晶体定向切割获得了 10 mm × 10 mm × 1 mm的(420)面薄片，对薄片进行两面研磨抛光得到最终样品。通过X射线衍射、紫外可见光分光光度计、荧光光谱仪等对该样品进行性能表征，结果表明获得的晶体摇摆曲线半峰全宽为43"，在近红外波长范围内透过率达到了 80％，在935 nm处吸收峰半峰全宽为47。15 nm，吸收截面达到了1。53 ×10-20 cm2，用980 nm激光器对该样品进行激发，在1 031 nm处得到发射峰，对应Yb3+由2F5/2激发态到2F7/2基态的跃迁。

    Yb∶Ca3(NbGa)5O12坩埚下降法透过率吸收峰半峰全宽激发发射光谱

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    金刚石化学机械抛光研究进展

    安康许光宇吴海平张亚琛...
    1675-1687页
    查看更多>>摘要：金刚石以优异的性能在力学、光学、热学和电子学(如半导体)等领域发挥着重要作用。然而，金刚石表面质量会影响其在这些领域的应用效果，因此通过高效抛光技术获得高质量表面一直是金刚石研究的重点内容。金刚石抛光技术主要有机械抛光、热化学抛光、激光抛光和化学机械抛光等，其中化学机械抛光(CMP)具有设备运行成本低、工艺简单、抛光后表面损伤小等优点。本文在对上述几种抛光方法进行分析对比的基础上，聚焦于CMP领域，对其发展历程进行了较详尽的对比与分析。早期CMP技术虽在工艺和抛光效率上存在一定局限，但为后续技术的创新与优化奠定了基础;H2O2及其混合物的应用，不仅增强了 CMP过程中的化学反应活性，提高了材料去除率，还有效降低了表面粗糙度，改善了金刚石表面质量;光催化辅助化学机械抛光可使金刚石达到高表面质量，但设备相对复杂，无法满足大规模生产的需求，需要进一步研究和优化。此外，本文还对化学机械抛光的未来发展进行了预测，为相关领域研究人员提供参考。

    金刚石化学机械抛光表面粗糙度抛光液去除机理

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    水平定向结晶法生长浓度渐变Yb∶YAG激光晶体及光谱性能研究

    丁雨憧张灵李海林张月...
    1688-1698页
    查看更多>>摘要：本文采用水平定向结晶(HDC)法成功生长出180 mm×81 mm × 16 mm的浓度渐变Yb∶YAG激光晶体，从放肩部位和尾部分别获取了尺寸为40 mm ×40 mm ×7 mm、70 mm ×70 mm ×7 mm的Yb∶YAG激光晶体板条各两件。采用632 nm激光、偏光应力仪对晶体板条的光学性质进行检测，实验结果发现靠近晶坯自由表面的板条内部通透，无散射光路，应力较小且分布均匀，表明该晶体板条具有优异的光学质量。进一步测试分析了晶体板条不同位置处的吸收光谱，根据935 nm波长处的吸收系数计算出Yb3+的掺杂浓度，发现40 mm ×40 mm ×7 mm的激光晶体板条中Yb3+掺杂浓度沿晶体生长方向逐步增加，浓度梯度约为0。42％/cm;而70 mm×70 mm×7 mm的激光晶体板条中Yb3+掺杂浓度几乎保持不变，约为4。50％。

    浓度渐变光谱性能Yb∶YAG水平定向结晶法激光晶体

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    GaFeO3∶Mg晶体的生长及磁学性能研究

    王文凯潘秀红胡雨青刘学超...
    1699-1704页
    查看更多>>摘要：本文利用光学浮区法生长出了直径为7 mm的铁电单晶MgxGa1-xFeO3(x=0。02、0。05、0。07和0。10)，研究了Mg2+对GaFeO3(GFO)晶体饱和磁化强度和磁性转变温度的作用。通过XRD测试了晶体的结构和物相，结果显示，所有制备的晶体样品对应标准晶体卡库GFO(PDF#76-1005)的衍射特征，无其他杂相出现。XRD精修结果表明，该晶体结构为正交结构，空间群为Pna21，晶格常数和晶胞体积随着Mg2+掺杂量的增加，呈现先增加后减小的趋势。通过综合物性测量系统研究了晶体的磁性能，结果表明，磁性转变温度和饱和磁化强度随着Mg2+掺杂量的增加，同样呈现先增加后减小的趋势。当Mg2+掺杂量x=0。07时，磁性转变温度和饱和磁化强度达到最大，分别为187。82 K、8。75 emu/g，达到了掺杂改性的目的。

    铁电单晶GaFeO3∶Mg光学浮区法饱和磁化强度磁性转变温度矫顽场

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    热处理GaSb衬底对近距离升华法制备CdZnTe外延膜的影响

    李阳曹昆介万奇
    1705-1711页
    查看更多>>摘要：衬底的表面质量对生长膜层的质量有重要影响，衬底表面的粗糙度、均匀性、附着物残留及氧化层均是其表面质量的评价标准。本文报道了一种热处理方法，通过近距离升华设备原位去除GaSb(001)衬底上的氧化层后用于制备CdZnTe外延膜。通过控制热处理的温度和时间，获得洁净且平整的较优衬底状态。利用原子力显微镜和X射线光电子能谱表征了热处理对GaSb衬底形貌和成分的影响，采用双晶X射线摇摆曲线对经过热处理后的GaSb衬底上生长的CdZnTe外延膜的结晶质量进行了评价。为了深入研究这种异质界面附近微观缺陷的性质和外延形成机制，还对CdZnTe/GaSb截面进行了 TEM分析研究。GaSb衬底在600 ℃经过180 s热处理后，可以去除衬底表面大部分氧化物且相对平整，提高了 CdZnTe外延膜的结晶质量，在双晶X射线摇摆曲线中的半峰全宽为94"，接近已报道的块体CdZnTe晶体的结晶质量。

    CdZnTeGaSb外延生长薄膜物理气相沉积热处理半导体

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    8英寸SiC晶圆制备与外延应用

    韩景瑞李锡光李咏梅王垚浩...
    1712-1719页
    查看更多>>摘要：碳化硅(SiC)是制作高温、高频、大功率电子器件的理想电子材料之一，近20年来随着SiC材料加工技术的不断提升，其应用领域不断扩大。目前SiC芯片的制备仍然以6英寸(1英寸=25。4 mm)晶圆为主，但是行业龙头企业已经开始研发基于8英寸SiC晶圆的下一代器件和芯片。本研究联合国内SiC产业链上、下游龙头企业，推进8英寸SiC芯片国产研发，尤其是关键的晶圆制备和外延应用环节。本文采用扩径生长法制备了 8英寸导电型4H-SiC衬底晶圆，其平均基平面位错(BPD)密度低至251 cm-2，平均螺位错(TSD)密度小于1 cm-2，实现了近"零TSD"和低BPD密度的8英寸导电型4H-SiC衬底晶圆的制备，可以满足生产需要。采用国产8英寸外延设备和开发工艺包，实现了速率为68。66 µm/h的快速外延生长，厚度不均匀性为0。89％，掺杂不均匀性为2。05％，这两个指标已经达到了优良6英寸外延膜的水平，完全可以满足生产需要。与国外已发布的8英寸外延结果对比，厚度和掺杂均匀性均优于国外数据，而缺陷密度只有国外数据的1/4。本文设计和实施了多片重复性试验，验证了 8英寸外延的稳定性。

    碳化硅8英寸晶圆外延缺陷密度掺杂均匀性

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    基于LightGBM和遗传算法的二维层状声子晶体结构设计

    楚凡赵春风
    1720-1728页
    查看更多>>摘要：声子晶体具有周期性人工复合结构，以其带隙特性在波传播控制上的应用潜力而广受关注，为工程减振降噪提供了新的解决思路，这类材料的设计问题是当下研究的焦点。本研究以二维层状声子晶体结构为例，提出了一种利用LightGBM和改进遗传算法设计的创新方法。首先在声子晶体的带隙预测上选用LightGBM算法，对结构的排列向量进行类别特征处理，并结合模拟退火算法进行超参数调优，在传统有限元法计算时间的1/3134内，达到了整体误差不超过2％的预测精度;其次在设计方法上集成了一种基于精英保留策略的遗传算法，以地铁运行造成的环境振动问题为例，确定以带隙宽度为优化的适应度函数，得到了对应结构带隙覆盖30～40 Hz频段的种群;最后，对优化结构进行有限元分析，其带隙特征与预期基本吻合。本研究为声子晶体结构高效优化设计提供了一种新的解决方案。

    声子晶体遗传算法LightGBM结构设计减振特性带隙

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    Co3O4@BiVO4复合薄膜的制备及其光电性能

    从文博彭韶龙王航李丽华...
    1729-1737页
    查看更多>>摘要：本文以FTO导电玻璃作为基底，通过水热法成功制备出了形貌可控的Co3O4薄膜样品，利用制备出的Co3O4薄膜样品作为基底，控制旋涂BiVO4的次数，在其表面成功制得不同BiVO4量的Co3O4@BiVO4复合薄膜样品。利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等对复合薄膜的物相和微观形貌进行分析，并采用UV-3600紫外-可见分光光度计和电化学工作站对其光吸收性能和光电性能进行了测定。结果表明:所制备的Co3O4@BiVO4复合薄膜表面连续、均匀、致密;相较于纯Co3O4薄膜，Co3O4@BiVO4复合薄膜的光吸收能力增强;光照下Co3O4@BiVO4复合薄膜的光电性能优于纯Co3O4薄膜;经旋涂三次的Co3O4@BiVO4-3复合薄膜光电性能最佳，其最大光电流约为纯Co3O4薄膜最大光电流的18。4倍，该器件响应度为105。5 μA/W，探测率可达1。988 ×1011 Jones。

    Co3O4BiVO4复合薄膜光电性能光电流探测率

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    VO2-SiO2复合薄膜的激光诱导损伤特性研究

    韩笋李艳
    1738-1744页
    查看更多>>摘要：本文采用溶胶-凝胶法制备了VO2和VO2-SiO2复合薄膜，并用X射线衍射仪(XRD)和紫外-可见分光光度计对薄膜的相结构和透过率进行了表征。结果表明，制备的VO2为单斜相(B)，VO2-SiO2复合薄膜的XRD图谱和VO2类似，薄膜在450～800 nm的光学透过率达到了 90％以上。激光诱导损伤阈值(LIDT)测试结果显示，VO2-SiO2复合薄膜的LIDT为3。9 J/cm2，相比VO2薄膜提高了 77。3％。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和台阶仪研究了 VO2薄膜和VO2-SiO2复合薄膜的损伤形貌差异，VO2薄膜呈现出熔融型损伤，VO2-SiO2薄膜则呈现出熔融型损伤和应力型损伤的共同特征。此外，构建了不同薄膜的激光诱导损伤模型，揭示了相关损伤特性和内在机制。

    VO2SiO2溶胶-凝胶法光学透过率激光诱导损伤阈值损伤特性

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