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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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    金刚石基GaN界面热阻控制研究进展

    兰飞飞刘莎莎房诗舒王英民...
    913-921页
    查看更多>>摘要：GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在雷达、5G通信、航空航天等领域发挥了重要作用，随着GaN HEMT功率密度的提升，器件热效应显著，散热成为了 GaN HEMT性能提升的瓶颈。解决GaN HEMT器件散热问题的有效途径是采用高导热的衬底材料取代现役的SiC、Si衬底。金刚石是目前已知热导率(＞2 000 W·m-1·K-1)最高的材料，高导热金刚石衬底能够全面解决GaN HEMT器件的热效应，成倍提升GaN器件的功率密度。本文阐述了金刚石基GaN的技术优势、主要实现途径，以及界面热阻对金刚石上GaN器件性能的影响。综述了国内外金刚石基GaN界面热阻控制的最新研究进展，分析了金刚石上GaN界面热阻研究过程中面临的主要问题和发展趋势。明确了在介质层材料选择有限的条件下，需要从GaN和金刚石的界面质量人手进一步降低界面热阻，提升GaN器件的性能。

    氮化镓金刚石基GaN界面热阻介质层功率密度HEMT

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    硫属钙钛矿BaZrS3及其制备的研究进展和展望

    丁涛李晴雯徐玉琦钟敏...
    922-929页
    查看更多>>摘要：铅卤钙钛矿的毒性和稳定性仍然是当前待解决的研究难题，有必要寻求无毒、稳定的"神似"铅卤钙钛矿的新型光电材料。硫属钙钛矿ABX3(X=S，Se)由于高度稳定、组成元素丰富且无毒，具有良好的光学和电学特性，可用于各种光电材料，成为关注的焦点。当前研究最广泛的硫属钙钛矿BaZrS3具有合适的直接带隙、优异的光吸收、良好的载流子传输性能、优异的化学稳定性和环境友好性，极具发展潜力。本文综述了 BaZrS3在理论计算、粉体及薄膜材料制备方面的最新进展，尤其对BaZrS3的制备做了深入分析，并对BaZrS3研究中的关键问题进行了分析和展望。本综述将为新进入这一领域的研究者提供重要借鉴，促进安全、稳定、环境友好的新一代光电材料的进一步发展。

    硫属钙钛矿光电材料钡锆硫半导体薄膜材料

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    氧化铟基气敏材料的研究进展

    李玉琦徐英梁士明
    930-946页
    查看更多>>摘要：本文系统回顾了氧化铟(In2O3)基气敏材料的研究进展，并着重探讨了其在环境监测和安全领域的潜在应用。通过对氧化铟的结构、性质及其气敏传感机制的深入分析，详细介绍了不同合成方法(如水热法、化学气相沉积法等)对材料微观结构及性能的影响。本文还讨论了元素掺杂、材料负载、半导体复合等改性手段在提高气敏性能方面的应用，并分析了当前的研究挑战及未来发展方向，为氧化铟基气敏材料的进一步研究和应用提供了重要的视角和方向。

    氧化铟气敏性能气体传感器掺杂改性结构修饰

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    我国1 000kg级超大蓝宝石晶体生长技术取得重要突破

    天通控股股份有限公司天通银厦新材料有限公司
    946页
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    大尺寸优质Cr3+∶BeAl2O4晶体生长与性能研究

    王鸿雁王世武聂奕张行愚...
    947-952,封4页
    查看更多>>摘要：本文采用感应加热提拉法结合上称重自动控径技术，成功生长出大尺寸、高质量的翠绿宝石(Cr3+:BeAl2O4)晶体。晶坯等径圆柱体尺寸达到φ70 mm × 140 mm，晶坯质量超过2 800 g。通过冷光源照射晶坯，发现晶坯中心区域φ10～15 mm存在气泡。采用5 mW绿光激光照射φ8 mm × 130 mm的翠绿宝石晶体棒，晶体内部无散射颗粒。利用Zygo激光平面干涉仪对晶体棒进行测试，波前畸变为0。3λ@632。8 nm。用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定了翠绿宝石晶体的铬离子掺杂浓度，并计算出轴向浓度梯度为0。5 × 10-4～1。9 × 10-4 cm-1(摩尔分数)。用Perkin Elmer Lambda-950紫外可见近红外分光光度计测试了不同掺杂浓度的翠绿宝石晶体在室温下的吸收光谱，并计算了吸收系数。这些研究结果为翠绿宝石晶体的应用提供了重要的基础数据。

    翠绿宝石(Cr3+∶BeAl2O4)晶体提拉法自动控径技术波前畸变浓度梯度吸收系数

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    极化调控PIN-PMN-PT铁电单晶压电性能的均匀性

    梁敏熊瑞彬陈淑丽王祖建...
    953-958页
    查看更多>>摘要：弛豫铁电单晶具有优异的压电性能，在医学超声换能器、水声器件等领域有重要应用。坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶不可避免地存在组分偏析，导致材料利用率极低。本工作测试了 0。24PIN-0。46PMN-0。30PT铁电单晶沿生长方向压电系数(d33)和介电常数(ε33T/ε0)的变化，结果显示d33和ε33T/ε0沿着生长方向变化极大，能保持性能接近的区域不足20 mm。通过针对不同区域的极化设计，对铁电-铁电相变温度接近的区域进行极化调控，使超过60％晶体部分的d33和ε33T/ε0分别维持在(1 500±140)pC·N-1和4 900±350。为了验证极化调控后的晶体谐振区域是否一致，测试了两端区域的k33振子的谐振谱，结果显示两者的机电耦合系数接近，谐振和反谐振的峰位置也接近，而且不存在额外的寄生振动，说明采用极化调控PIN-PMN-PT铁电单晶沿生长方向的均匀性是可行的。本工作为提高PIN-PMN-PT铁电单晶的利用率提供了一种参考方案。

    PIN-PMN-PT铁电单晶极化调控组分分凝压电系数

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    Ib型金刚石单晶生长及合成腔体温度场分布研究

    肖宏宇李勇田昌海张蔚曦...
    959-966页
    查看更多>>摘要：本文利用六面顶压机，在5。7 GPa、1 560～1 600 K的压力温度条件下，分别采用φ15 mm和φ30 mm两种尺寸合成腔体，系统开展了 Ib型金刚石单晶的晶体生长工作，并借助于有限元法对两种尺寸合成腔体的温度场分布进行了研究。首先，借助于有限元法分别对两种尺寸合成腔体的触媒温度场分布进行了模拟。模拟结果揭示了 φ30 mm合成腔体温度场的均匀性要明显优于φ15 mm合成腔体。其次，金刚石晶体生长实验结果表明，采用φ15 mm合成腔体很难实现质量超过1。2 ct(1 ct=0。2 g)的优质Ib型金刚石单晶的生长，而φ30 mm合成腔体更适合用于生长大尺寸优质Ib型金刚石单晶。再次，扫描电子显微镜表面形貌测试结果表明，合成腔体尺寸的扩大不会对Ib型金刚石单晶的表面结晶质量产生显著影响。最后，拉曼光谱的测试结果表明，除了多晶金刚石的结晶质量较差，本研究两种腔体合成的其他金刚石单晶测试样品均具有较好的结晶质量。本研究对宝石级金刚石单晶大尺寸合成腔体的设计、大尺寸金刚石单晶的生长，以及多晶种法金刚石单晶合成技术的完善均具有一定的学术参考价值。

    Ib型金刚石高温高压温度梯度法触媒温度场多晶

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    碳化硅晶片减薄工艺对表面损伤的影响

    谢贵久张文斌王岩宋振...
    967-972页
    查看更多>>摘要：随着碳化硅功率器件和芯片技术的快速发展，对碳化硅物理强度、散热性及尺寸要求越来越高，因而，对碳化硅晶片的减薄处理逐渐成为晶圆加工的重要课题。由于碳化硅材料断裂韧性较低，在减薄加工过程中易开裂，碳化硅晶片的高效率、高质量加工成为急需突破的瓶颈。本文基于碳化硅晶片的磨削减薄工艺技术，从加工过程及基础原理出发，通过研究磨削减薄工艺中四个主要参数(砂轮粒度、砂轮进给率、砂轮转速和工作台转速)对晶片表面的损伤，如崩边和磨痕的影响，提出前退火减薄工艺，以提高晶片加工质量，降低晶片表面损伤。本研究工作揭示了晶片减薄工艺技术调控表面质量的方法，并在实验加工过程中验证成功，相关研究结果对加工难度大的硬脆材料晶片减薄技术具有重要的指导意义。

    碳化硅晶圆减薄工艺退火处理表面损伤砂轮粒度损伤深度

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    尺寸效应对坩埚下降法生长氟化钙晶体影响机制的数值模拟分析

    施宇峰王鹏飞穆宏赫苏良碧...
    973-981页
    查看更多>>摘要：高质量大尺寸氟化钙晶体是深紫外光刻、空天相机等高端应用不可或缺的光学材料，同时制备高质量大尺寸晶体也是晶体生长领域的难题。本文以数值手段分别模拟了 3、7和20英寸(1英寸=2。54 cm)氟化钙晶体在不同生长阶段的传热、流动及相变过程。结果表明，晶体尺寸增加大幅加强熔体流动强度，而且造成坩埚外壁散热部分的面积急剧增加，由此引发固液界面局部凹陷、径向温差增大、晶体边缘-中心温差翻转、生长界面附近的轴向温梯大幅衰减等问题。此外，本文还就大尺寸氟化钙晶体生长中的坩埚下降速率和发热体功率的优化控制策略进行了探讨。

    CaF2晶体坩埚下降法尺寸效应数值模拟固液界面温度梯度

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    蓝宝石晶体纳米压入本构方程

    刘婷李先昊郭耀军康森...
    982-990页
    查看更多>>摘要：应用有限元方法(FEM)结合神经网络优化及无量纲模型，建立了可统一描述蓝宝石不同晶面纳米压人行为的本构方程。采用纳米压痕方法对蓝宝石晶体的四个典型晶面(C、A、R、M)的表面微力学行为进行了研究，本构方程计算结果与实测结果对比表明:加载、卸载曲线均可由压入深度h的二次函数表达;加载曲线是压入面弹性模量E、屈服应力Y和加工硬化指数n的函数，卸载曲线则除此三个因素之外还与卸载位置(最大深度)hmax有关;对同一晶面而言，残余深度hr正比于hmax，塑性功正比于hmax的三次方。结果还表明，对蓝宝石晶体这类难以应用常规力学性能试验研究手段的超硬高脆材料，利用本构方程结合纳米压痕试验，可以比较有效地获得其基本力学性能。

    蓝宝石晶体晶面纳米压痕有限元方法本构方程

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