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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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    顶部籽晶溶液法生长碳化硅单晶及其关键问题研究进展

    顾鹏雷沛叶帅胡晋...
    741-759页
    查看更多>>摘要：因其优异的物理特性，第三代半导体碳化硅(SiC)材料在高温、高频、高压及大功率电力电子器件和射频微波器件领域具有非常明确的应用前景。受限于自身技术特点，利用传统的物理气相输运(PVT)法制备SiC晶体仍面临许多技术挑战，难以满足当前电子器件对大尺寸、高质量和低成本SiC单晶衬底的迫切需求。顶部籽晶溶液(TSSG)法可以在更低的温度和近热力学平衡条件下实现SiC晶体制备，能够显著弥补PVT法的不足，正逐渐成为极具竞争力的低成本、高质量SiC单晶衬底创新技术之一。本文首先阐述了 TSSG法生长SiC晶体的理论依据，并给出了各工艺环节要点，然后归纳了 TSSG法生长SiC晶体的主要技术优势，梳理了国内外在该技术领域的研究现状并重点讨论了 TSSG法生长SiC晶体关键技术问题、产生机制，以及可能的解决途径等。最后，对TSSG法生长SiC晶体的未来发展做出展望。

    第三代半导体碳化硅单晶顶部籽晶溶液法晶体形貌台阶聚集溶剂包裹人工智能

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    掺铈Cs2BaBr4晶体的生长和闪烁性能研究

    殷洁张小强陈灿潘建国...
    760-765页
    查看更多>>摘要：以高纯度BaBr2、CsBr、CeBr3为原料，采用高温固相反应法合成了 Cs2BaBr4∶1％Ce3+多晶料，并通过坩埚下降法生长了 Cs2BaBr4∶1％Ce3+晶体。将晶体切割研磨抛光后得到不同厚度的Cs2BaBr4:1％Ce3+晶片。对晶体进行了物相分析，XRD图谱表明晶体为一致熔融物，且无相变。研究了晶体的闪烁性能，测试了光学透射率、光致发光、X射线激发发光、多通道gamma能谱、衰减时间。与LaBr3晶体对比，分析了晶体的吸湿性。结果表明，晶体的光学透过率接近80％，在一定波段的紫外光及X射线的激发下，晶体在349与372 nm波长有发射峰。137Cs源伽马射线的激发下，能量分辨率为11％，在紫外激发下，晶体衰减时间为21。9 ns。晶体的吸湿性比LaBr3晶体有大幅改善。

    Cs2BaBr4∶1％Ce3+晶体坩埚下降法光致发光X射线激发发光衰减时间吸湿性

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    AlN/β-Ga2O3 HEMT直流特性仿真

    贺小敏唐佩正张宏伟张昭...
    766-772页
    查看更多>>摘要：本文利用器件仿真软件对AlN/β-Ga2O3高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的直流特性进行研究。由于AlN具有很强的极化效应，在AlN/β-Ga2O3异质结界面处产生高浓度二维电子气(2DEG)，使AlN/β-Ga2O3异质结基HEMT具有更加优越的器件性能。理论计算得到AlN/β-Ga2O3异质结界面处产生的面电荷密度为2。75 × 1013 cm-2。通过分析器件的能带结构、沟道电子浓度分布，研究AlN势垒层厚度、栅极长度、栅漏间距，以及金属功函数等参数对器件转移特性和输出特性的影响。结果表明:随着AlN势垒层厚度的增大，阈值电压减小，最大跨导减小，沟道电子浓度增大使饱和漏电流增大;随着栅极长度缩短，跨导增大，当栅极长度缩短至0。1 pm时，器件出现了短沟道效应，并且随着栅极长度的缩短，栅下沟道区电子浓度增大，而电子速度基本不变，导致饱和漏电流增大，导通电阻减小，并且器件的饱和特性变差;随着栅漏间距的增大，跨导增大，沟道区电子浓度不变，而电子速度略有增加，导致饱和漏电流增大;肖特基栅金属功函数的增加会增大阈值电压，不会改变器件跨导，沟道电子浓度减小导致饱和漏电流减小。上述结论为后面的器件的优化改进提供了理论依据。

    β-Ga2O3AlNHEMT阈值电压跨导饱和漏电流

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    重掺杂P型SiC的熔融KOH刻蚀行为研究

    程佳辉杨磊王劲楠龚春生...
    773-780,791页
    查看更多>>摘要：本文采用熔融KOH刻蚀方法详细研究了液相法生长的重掺杂P型6H-SiC晶体中的位错情况，探究了时间、温度变化对液相法生长的重掺杂P型6H-SiC晶片表面刻蚀的影响。当提高腐蚀时间或腐蚀温度时，晶片表面的腐蚀坑尺寸均表现出不同程度的增加，过高的温度及长时间刻蚀均导致过腐蚀现象的发生。根据不同腐蚀条件下腐蚀坑的形貌与分布，确定出刻蚀重掺杂P型6H-SiC晶片的最佳工艺参数。利用晶片在不同温度下的腐蚀速率变化关系及阿伦尼乌斯公式计算出晶体的反应活化能为10。59 kcal/mol。最后，对穿透型螺位错(TSD)和穿透型刃位错(TED)的形貌、尺寸和内部结构进行了详细的表征和分析，结果表明P型6H-SiC晶体中腐蚀坑的倾角与腐蚀时间无关。

    P型碳化硅腐蚀位错重掺杂腐蚀速率活化能

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    VGF法磷化铟单晶炉加热器对炉内热场分布影响的研究

    艾家辛万洪平钱俊兵韦华...
    781-791页
    查看更多>>摘要：磷化铟(InP)是一种重要的化合物半导体，在通信、航空航天和人工智能等领域具有广泛的应用。InP单晶生长质量的优劣取决于其生长炉内热场的稳定与温控。InP晶体工业生产中广泛采用的垂直梯度凝固(VGF)法是在磷化铟单晶生长炉中构建高温、封闭、稳定及可控的热场，但因炉内缺乏直接观测和完整的参数监测手段，利用计算机数值仿真对炉内晶体生长的温度场进行科学分析，以获取最佳的生长温控条件，俨然成为有效且重要的方法。本文基于ANSYS有限元软件及炉内元件实测参数，建立了 InP单晶生长系统热场三维物理和数学模型，基于磷化铟单晶生长过程中的温度离散数据，对所建模型对比和验证，获得了与实际生产温度数据吻合良好的效果(温度偏差控制在3％以内)，验证了所建模型的有效性。基于此模型，本文对生产条件下四段加热器温度波动对热场分布影响进行了探讨，并对炉内四段加热器的温度波动对炉内低温区、高温区及料管中心温度影响规律进行了研究，所得结论对揭示工业生产过程中InP单晶炉热场的分布规律及调节方法具有一定的指导意义。

    磷化铟单晶垂直梯度凝固法热场数值模拟半导体晶体生长

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    拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响研究

    柴晨张军王玉龙韩庆辉...
    792-802页
    查看更多>>摘要：TOPCon电池基板是以N型硅片为主，N型硅片的氧含量在一定程度上影响着TOPCon电池的转换效率。本文采用直拉法进行单晶硅的拉制，通过调整埚转、氩气流量和炉压来研究拉晶工艺参数对N型单晶硅氧含量的影响。数值模拟分析和实验结果表明:坩埚转速的增加会抑制浮力-热毛细漩涡，减少熔体界面处SiO的挥发，提高硅熔体内部和单晶硅棒氧含量;增大氩气流量和降低炉压可增大熔体界面处SiO的质量流量，有效促进SiO挥发，减少固液界面处氧含量，从而降低单晶硅棒氧含量。根据单晶硅氧含量测试和EL检测结果可知，坩埚转速5 r/min、氩气流量100 L/min和炉压1 200 Pa时拉制的N型单晶硅氧含量最低，电池端同心圆比例也是最低的。本文研究结果可为N型单晶硅棒降氧提供一定思路。

    N型单晶硅降氧坩埚转速氩气流量炉压同心圆

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    适用于太阳能电池的新型无铅四元硫碘化物优异光电性能的第一性原理研究

    王蕾蕾尹振华张蕴可刘磊...
    803-809页
    查看更多>>摘要：有机-无机混合卤化钙钛矿因优异的光电性能和制备简易而受到了许多国内外科研人员关注。然而，有机-无机杂化卤化钙钛矿的稳定性不佳和铅的毒性限制了其商业应用。四元硫碘化物，由于ns2孤对阳离子和更强的金属-硫键，具有适当的带隙、高介电常数和良好的稳定性。本文提出了一种新的四元硫碘化物材料Ba2BiS2I3以解决铅基钙钛矿所面临的稳定性和毒性问题。通过第一性原理计算，确定了该材料具有适当太阳能电池带隙、高介电常数、较小的有效质量和低激子结合能，有潜力成为新的优异光伏材料。此外，计算预测这些材料具有出色的光吸收性能。Ba2BiS2I3的理论光谱极限最大效率超过28％。这项研究为无铅四元硫碘化物用于新的光伏材料提供了可能性。

    第一性原理计算无铅类钙钛矿高吸光系数高SMLE太阳能电池

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    硅包覆碳点基柔性发光太阳能聚光器的制备与性能研究

    豆永亮张宇飞聂诚任卫杰...
    810-817页
    查看更多>>摘要：碳点由于环境友好、经济适用、合成方法简单及光学性能优异而在发光太阳能聚光器领域受到越来越多的关注。然而，碳点与亲水性聚合物波导材料相容作为发光基质时，多数碳点在聚合物中的相容性差，以及亲水聚合物的易脆性等问题严重限制发光太阳能聚光器的实际应用。为了解决这些问题，本文利用3-氨丙基三乙氧基硅烷的水解缩合，与邻苯二甲酸、邻苯二胺共同合成了一种斯托克斯位移为150 nm、量子产率为10。94％，且具有良好分散性和相容性的亮黄色发射硅包覆碳点;同时，以具有良好相容性、高柔韧性的聚二甲基硅氧烷为波导材料，二者结合制备出一系列尺寸为3 cm×3 cm×0。1 cm，不同质量百分比的硅包覆碳点柔性发光太阳能聚光器，其中，性能最佳的太阳能聚光器能量转换效率可达1。05％。这项工作将硅包覆碳点与聚二甲基硅氧烷的优势相结合，对发光太阳能聚光器实际应用有潜在价值。

    硅包覆碳点发光太阳能聚光器相容性柔韧性3-氨丙基三乙氧基硅烷聚二甲基硅氧烷

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    TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究

    代同光谭新宋志成郭永刚...
    818-823页
    查看更多>>摘要：目前隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池制造技术越来越成熟，所耗成本不断降低。行业内普遍采用低压化学气相沉积(LPCVD)方式进行双面沉积或单面沉积。单面沉积存在Poly-Si绕镀问题，严重影响电池片转化效率和外观质量，同时正面绕镀层去除难度较大，在用碱溶液去除绕镀层的同时，存在绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P+层被腐蚀的风险，导致P+发射极受损，严重影响电池片外观质量与性能。双面沉积可避免上述问题，但产能减少一半，制造成本增加。本文对单面沉积Poly-Si工艺及绕镀层去除工艺进行研究，在TOPCon电池正面及背面制作了一层合适厚度的氧化层掩膜，搭配合适的清洗工艺、去绕镀清洗工艺，既可有效地去除P+层绕镀的Poly-Si，也可很好地保护正面P+层及背面掺杂Poly-Si层不受破坏，同时可大幅提升产能。

    TOPCon太阳电池Poly-Si绕镀层低压化学气相沉积BSGPSG腐蚀速率

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    形貌调控及掺杂改性对TiO2催化剂光催化性能的影响

    王丹丹刘文强赵林李超...
    824-832,854页
    查看更多>>摘要：为了改善TiO2光催化活性，通过溶胶-凝胶法制备了介孔TiO2、C/TiO2、Nd/TiO2和C/Nd/TiO2，并以聚苯乙烯(PS)胶晶为模板剂制备了多级有序C/Nd/TiO2催化剂。利用SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS和N2吸附-脱附等表征手段对所制备的催化剂性能进行分析。在模拟可见光条件下研究了所制备催化剂材料对甲基橙溶液的光催化性能。结果表明，锐钛矿型多级有序C/Nd/TiO2催化剂表面形貌排列整齐，内部具有交联的孔道结构，大孔形状表现出六边形结构，产生良好的开放性，较大的比表面积和孔容积为传质提供了较大的空间。非金属C和稀土金属Nd通过相互协同作用，使多级有序C/Nd/TiO2的禁带宽度变窄，从而表现出良好的光催化活性，在光照210 min时，其光催化脱色率可达81。15％。

    溶胶-凝胶聚苯乙烯可见光协同作用禁带宽度

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