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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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    半导体碳化硅衬底的湿法氧化

    鲁雪松王万堂王蓉杨德仁...
    181-193页
    查看更多>>摘要：半导体碳化硅(4H-SiC)材料具有硬度高、脆性大、化学性质稳定等特点，一般使用化学机械抛光工艺来加工4H-SiC以获得超光滑平坦表面。湿法氧化作为单晶4H-SiC化学机械抛光的重要过程，直接影响着化学机械抛光的速率和表面质量。本文综述了目前单晶4H-SiC湿法氧化的研究现状，讨论了4H-SiC湿法氧化工艺所选用的氧化剂，如KMnO4、H2O2、K2S2O8等。在此基础上，进一步总结了常用的氧化增效方法，如光催化辅助氧化、电化学氧化、芬顿反应等，并从理论计算的角度分析了单晶4H-SiC湿法氧化的机理，最后展望了4H-SiC湿法氧化未来的研究方向。

    碳化硅半导体加工湿法氧化化学机械抛光材料去除率

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    高温高压合成掺杂金刚石研究进展

    郝敬林邓丽芬王凯悦宋惠...
    194-209页
    查看更多>>摘要：金刚石具有超高热导率、宽禁带等优点，通过掺杂引入电子和空穴等缺陷，提升载流子浓度，可以使金刚石具有适合半导体应用的电导率，被称为第三代终极宽禁带半导体材料。本文首先介绍了金刚石单晶的高温高压合成方法，接着系统综述了基于高温高压法的金刚石掺杂研究现状和发展，然后分析了N、B、P和S等单元素掺杂及多元素共掺杂对金刚石晶体生长和电学性能的影响，并且对第一性原理计算研究金刚石掺杂进行了分析总结。高温高压退火可以有效改变金刚石中掺杂元素与空位等缺陷组合和分布状态，本文明晰了金刚石中含氮色心形成的原因及高温高压退火对色心的调控机制。最后对金刚石掺杂以及掺杂后金刚石的光学性能和电学性能研究前景进行了展望，指出可进一步探索多元素共掺杂的理论与实验方法，对提升掺杂金刚石性能具有重要意义。

    金刚石高温高压掺杂含氮色心退火第一性原理计算

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    碳化硅同质外延质量影响因素的分析与综述

    郭钰刘春俊张新河沈鹏远...
    210-217页
    查看更多>>摘要：碳化硅(SiC)外延质量会直接影响器件的性能和使用寿命，在SiC器件应用中起到关键作用。SiC外延质量一方面受衬底质量的影响，例如衬底的堆垛层错(SF)会贯穿到外延层中形成条状层错(BSF)，螺位错(TSD)会贯穿到外延层中形成坑点或Frank型层错(Frank SF)等。另一方面受到外延工艺的影响，如在外延过程中衬底的基平面位错(BPD)受应力等条件作用会滑移形成∑形基平面位错(∑-BPD)，衬底的TSD或刃位错(TED)会衍生为腐蚀坑(Pits)，以及新产生SF和硅滴等。因此，获得高质量的SiC外延晶片需要从优选SiC衬底和优化外延工艺两方面入手。本文对外延生长过程中晶体缺陷如何转化并影响器件性能进行了系统分析和综述，并基于北京天科合达半导体股份有限公司量产的高质量6英寸SiC衬底，探讨了常见缺陷，如BPD、层错、硅滴和Pits等的形成机理及其控制技术，并对∑-BPD的产生机理和消除方法进行研究，最终获得了片内厚度和浓度均匀性良好、缺陷密度低的外延产品，完成了650和1 200 V外延片产品的开发和产业化工作。

    碳化硅同质外延外延生长缺陷位错小坑

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    金属有机框架质子导体及其质子交换膜应用研究进展

    付凤艳王晓红高志华邢广恩...
    218-230页
    查看更多>>摘要：质子交换膜(PEMs)在燃料电池中起到关键作用，它分离了阴极和阳极，提供了质子传输通道，阻隔了燃料在电池中的渗透。以Nafion为代表的全氟磺酸膜具有优异的化学稳定性、优异的热稳定性和较高的质子传导率，但也存在成本较高、高温下机械性能较差和质子传导率低，以及易降解等问题。金属有机框架结构(MOFs)具有孔隙率高、比表面积大和内部孔道可调控等优点，作为PEMs的潜在材料，直接用于质子导体或用于修饰、改进现有的离子型高分子PEMs，取得了一系列重要进展。本文综述了MOFs结构质子导体常见的四种质子传导方式，总结了MOFs在不同类型离子型聚合物的复合PEMs中的相关研究，并指出了MOFs质子导体在PEMs应用中存在的问题，为其进一步开发和应用提供参考。

    金属有机框架质子传导氢键网络质子交换膜燃料电池

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    大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉设计

    闫平李永何高魁王强...
    231-237页
    查看更多>>摘要：NaI(Tl)闪烁体因具有探测效率高、时间特性好、受温度影响小等特点而被广泛使用。为满足高探测效率的核辐射探测器需求，需要大尺寸、高能量分辨率的NaI(Tl)闪烁体。依据NaI(Tl)晶体的生长特点，本文对大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉的主炉体、温场系统、坩埚、加热电源等部件进行研究及设计，配合大尺寸NaI(Tl)生长结晶炉控制系统，采用创新的熔生法生长出直径超300 mm的NaI(Tl)闪烁体，为后续国内生长大尺寸NaI(Tl)晶体提供了方向与解决方案。

    NaI(Tl)大尺寸结晶炉炉体设计控制设计

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    基于片状光束扫描的激光晶体内在缺陷表征方法

    钱梦雪张志荣王华东张庆礼...
    238-245页
    查看更多>>摘要：大尺寸激光晶体是高功率全固体激光器的关键组成部分，然而晶体生长过程中不可避免会产生气泡、包裹物等缺陷，影响激光器性能。为了快速、有效地评价晶体缺陷，本文搭建了基于片状光束扫描的晶体缺陷三维成像系统。系统中利用鲍威尔棱镜对532 nm的点状激光进行整形以获取片状激光，通过远心镜头和CMOS探测器获取晶体缺陷产生的散射光，从而获取晶体缺陷的面分布情况，同时利用高精度位移平台进行面阵的逐一扫描，完成晶体的三维立体分布扫描。进一步结合数字图像处理技术，表征晶体缺陷的面分布特征，并重构晶体缺陷的体分布特征。基于上述系统对尺寸约为50 mm×50 mm × 100 mm的Yb∶YAG晶体内在缺陷进行测量，最小缺陷检测分辨率能够达到38。69 μm。本文为准确表征晶体的内在缺陷提供了新方法，同时也为晶体坯料的后期高精度加工提供了可视化的数据支撑。

    晶体缺陷三维成像鲍威尔棱镜片状光束图像处理

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    声学双曲构型超材料的负折射特性研究

    刘松赵仁洁杜一帆吴芳...
    246-251页
    查看更多>>摘要：声学双曲超材料是具有双曲色散特性的人工材料，具有极强的各向异性，其负折射特性是研究实现高分辨率聚焦型超透镜的理论依据。针对远场噪声源识别受制于0。5倍波长声波瑞利衍射识别分辨率问题，结合声学超材料对声波的优异调控效果，引进可以实现亚波长超分辨率成像的双曲超材料，利用其负折射特性设计了一种用于工作频率为2 271。5 Hz的声学双曲结构。分析了该构型的双曲结构色散特性及负折射特性，结果表明声波在该双曲超材料中传播的群速度方向垂直于波矢，并沿着色散曲线的法线方向。本文的研究为实现对声波和弹性波的任意调控，以及噪声源的聚焦定位、识别放大等提供了一定的设计参考。

    声学超材料声学透镜弹性波带隙特性负折射双曲色散声聚焦

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    大尺寸GaN微波材料范德瓦耳斯外延机理及应力调控研究

    李传皓李忠辉彭大青张东国...
    252-257页
    查看更多>>摘要：本文基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术，以少层氮化硼(BN)作为插入层在4英寸蓝宝石衬底上开展范德瓦耳斯异质外延GaN微波材料的生长机理及应力调控方面的研究，探讨了AlN成核工艺对GaN缓冲层生长机制的影响，以及与材料晶体质量、应力及电学性能等之间的关联。提出了一种基于AlN/AlGaN复合成核技术的应力调控方案，首次实现了大尺寸范德瓦耳斯(vdW)异质外延材料应力的有效管控，研制的GaN微波材料的弯曲度(Bow)为+20。4 μm，(002)/(102)面半峰全宽为471。6/933。5 arcsec，表面均方根粗糙度为0。52 nm，电子迁移率达到2 000 em2/(V·s)。最后，基于机械剥离实现了大尺寸晶圆级GaN微波材料与蓝宝石衬底的分离，为高导热衬底转移提供便利，为大功率射频器件的制作创造条件。

    范德瓦耳斯异质外延金属有机化学气相沉积GaN微波材料少层BN应力调控

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    Ni,Cu,Zn掺杂四方相PbTiO3力学性能、电子结构与光学性质的第一性原理研究

    王云杰张志远文杜林吴侦成...
    258-266页
    查看更多>>摘要：采用第一性原理研究了四方相钙钛矿PbTiO3以及Ni、Cu、Zn掺杂PbTiO3的力学性能、电子结构和光学性质。力学性能计算结果表明，Ni掺杂PbTiO3的体积模量、剪切模量及弹性模量在三种掺杂体系中最大。Ni掺杂体系德拜温度最高。G/B为材料的脆、韧性判据，Zn掺杂PbTiO3的G/B值最大，说明化学键定向性最高。Ni、Zn掺杂体系的G/B范围为0。56＜G/B＜1。75，均为脆性材料，而本征PbTiO3和Cu掺杂体系G/B值小于0。56，均为韧性材料。通过电子结构分析，发现掺杂体系相比于本征体系带隙变窄，跃迁能量减小。Ni掺入使得PbTiO3费米能级处出现杂质能级，而Cu、Zn掺杂PbTiO3价带顶上移，费米能级进入价带，使得Cu、Zn掺杂PbTiO3呈现p型导电特性。从复介电函数、光学反射谱和吸收谱分析中发现，掺杂体系的静介电常数相较于本征体系有所提升。Ni、Cu、Zn的掺杂使得PbTiO3吸收范围扩展到红外波段，且增强了可见光波段的吸收强度，Cu掺杂PbTiO3材料的光催化特性在本征PbTiO3和三种单掺PbTiO3材料中是最好的。

    第一性原理PbTiO3掺杂力学性能电子结构光学特性

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    双钙钛矿氧化物A2BOsO6(A=Sr,Ca;B=Cr,Mo)磁光克尔效应的第一性原理研究

    刘派祖宁宁李瑞
    267-275页
    查看更多>>摘要：Sr2CrOsO6具有双钙钛矿氧化物中最高的磁转变温度(725 K)。使用体积更小的Ca离子取代Sr离子后得到了Ca2CrOsO6，其磁转变温度同样高于室温。进一步使用d轨道更加离域化的Mo离子取代Cr离子，得到了Ca2MoOsO6。通过密度泛函理论，系统地计算了双钙钛矿氧化物Sr2CrOsO6、Ca3CrOsO6和Ca2MoOsO6的电子结构和磁光克尔效应，电子结构表明，三种材料均为半导体。Sr2CrOsO6和Ca2CrOsO6的电子结构非常相似，Ca2MoOsO6的带隙极小，仅有0。10 eV。观察磁光克尔效应谱线，三种材料在红外到可见光谱的范围内均表现出显著的磁光克尔效应。Sr2CrOsO6、Ca2CrOsO6和Ca2MoOsO6的最大克尔旋角分别为1。18°、0。98°和0。65°。三种材料的最大克尔旋角均大于0。2°，是理想的磁光材料。计算结果表明化合物内同时包含3d(4d)和5d过渡金属离子有助于形成显著的磁光克尔效应。对光学电导率张量的分析表明，三种材料的磁光克尔谱线峰值源自带间跃迁，并且由光学电导率张量的非对角元虚部主导。

    双钙钛矿氧化物磁光克尔效应带间跃迁第一性原理自旋轨道耦合

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