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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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    Al-50％Si合金电磁定向凝固提纯过程中初晶硅富集行为研究

    刘家旭张银涛唐洪陈嘉慧...
    1186-1195页
    查看更多>>摘要：采用Al-Si合金提纯制备多晶硅过程中,初晶硅的富集可以有效减少后续酸洗过程中铝和酸的消耗,进而降低高纯初晶硅的分离成本.电磁定向凝固具有工艺简单、可控性强等优点,是目前提纯制备多晶硅最佳方法之一,但各工艺参数对初晶硅的富集影响规律还缺乏系统研究.为此,本文研究了初始凝固温度、坩埚初始位置和下移速率对Al-50％Si(质量分数)合金凝固过程中初晶硅富集行为的影响,并对富集区内初晶硅晶粒的形貌进行了表征.结果表明,初始凝固温度为950 ℃,坩埚初始位置为-5 mm及坩埚下移速率为2 mm/h时,初晶硅主要富集在铸锭的下部区域,最高富集率为79.1％,是最佳的工艺组合.同时,随着初晶硅富集程度的增加,初晶硅晶粒由盘片状向粗大的球状转变,这有利于降低初晶硅的夹杂,并提高其纯度.

    Al-Si合金电磁定向凝固初晶硅硅富集温度梯度初晶硅形貌

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    热屏结构对300 mm半导体级单晶硅生长过程温度分布影响的数值模拟

    倪浩然陈亚王黎光芮阳...
    1196-1211页
    查看更多>>摘要：半导体级单晶硅是芯片的基础核心材料,不仅要求控制杂质浓度,还对晶体的缺陷有很高的要求.原生点缺陷浓度作为衡量晶体品质的重要指标之一,需要通过热场的优化、晶体生长温度场的调整、晶体生长过程中晶棒温度分布的控制,以及V/G值(拉速与晶棒内轴向温度梯度比值)的优化来调控.本文采用ANSYS软件中流体计算模块Fluent的有限体积分析法,研究了不同热屏结构对300 mm半导体级直拉单晶硅温度分布的影响.针对二段式热屏,模拟了不同热屏角度下拉晶初期(400 mm)、中期(800和1 400 mm)和末期(2 000 mm)三个等径阶段的温度分布、固液界面轴向温度梯度和V/G值.通过分析各阶段V/G值的变化,在相对较大的温度梯度下,寻找到了一种V/G值更接近临界值ζ且径向均一性更优的热屏结构,为控制缺陷的浓度提供更好的条件.通过对晶棒热历史的讨论,优化热屏结构以缩短降温周期,为控制缺陷的尺寸提供更好的条件.模拟计算结果表明,热屏夹角为110°、热屏下段厚度为70 mm、热屏内壁与晶棒间距为30 mm时,其结构设计能够提供低缺陷单晶硅生产的温度分布条件.

    半导体级单晶硅有限体积分析热屏结构温度场流场V/G值缺陷

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    热交换法掺钛蓝宝石晶体生长过程中内辐射传热对晶体热应力的影响

    于行赵琪齐小方马文成...
    1212-1221页
    查看更多>>摘要：掺钛蓝宝石晶体(Ti∶Al2O3,简称钛宝石)是实现飞秒超短脉冲激光和拍瓦级超强超短激光器的核心材料.采用热交换法(HEM)生长大尺寸优质钛宝石激光晶体时,内辐射传热对晶体生长过程中的热量输运、温度及热应力分布具有显著影响,最终影响晶体质量.因此,本文采用有限体积法求解热交换法钛宝石晶体生长过程中晶体和熔体的内辐射传热,采用基于位移的热弹性应力模型求解晶体热应力,详细研究了内辐射传热对晶体温度及热应力分布的影响规律.数值模拟结果表明,内辐射传热显著强化晶体、熔体内的热量输运,导致晶体底部等温线密集分布,温度梯度和热应力显著升高.此外,随着晶体吸收系数(掺杂浓度)增大,晶体底部热应力呈现先升高后降低的非单调性变化规律.随着熔体吸收系数增大,晶体底部温度梯度和热应力略微降低.而随着晶体散射系数增大,晶体底部温度梯度和热应力逐渐降低,当晶体散射系数大于晶体吸收系数时,降低趋势变得显著.

    掺钛蓝宝石内辐射传热热应力数值模拟热交换法激光晶体

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    高压下LiVO3相变行为的第一性原理研究

    冷昊宁孙霄霄刘凤举赵祥敏...
    1222-1230页
    查看更多>>摘要：通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法讨论了 0～90 GPa内LiVO3的结构、弹性性质与电子性质.计算得知LiVO3在基态下最稳定的结构为C12/c1.当压强在0～4.2 GPa时,C12/c1结构与C1c1结构共同存在.压强在4.2 GPa时,材料会发生由C12/c1相到R3cH相的结构相变.通过弹性性质的计算得到零压下LiVO3的体积模量、弹性模量、剪切模量分别为38、23、59 GPa,泊松比为0.24.材料为非中心力固体,呈现大的延展性,具有极大的弹性各向异性特性.电子结构的计算表明价带顶与导带底主要由O—V共价键作用,基态下C12/c1结构的LiVO3是间接带隙半导体,带隙为3.016 eV.相变得到的R3cH结构是间接带隙半导体,带隙为2.56 eV,相变后电子更容易发生跃迁,明显改善了材料的导电性质.

    LiVO3第一性原理弹性性质电子结构结构相变

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    Pnnm-CrB4的高压物理性质探究

    雷慧茹张立宏
    1231-1238页
    查看更多>>摘要：本文采用广义梯度近似(GGA)的PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)形式,利用基于密度泛函的赝势平面波法研究了四硼化铬(CrB4)的晶体结构属性和弹性性能.计算得到的Pnnm-CrB4平衡结构参数与现有的实验数据和其他理论结果吻合较好.另外,本文还研究了高压条件下Pnnm-CrB4的弹性常数Cij、体模量B、剪切模量G及弹性模量E.根据Pnnm-CrB4在高压下的泊松比Q及B/G分析了其在高压下的韧脆性.为了详细地研究Pnnm-CrB4的弹性各向异性,本文还计算了剪切各向异性因子A1、A2、43及线性体模量的各向异性因子Ba、Bb、Bc.同时,本文还估算了 Pnnm-CrB4的维氏硬度Hv.最后,根据Pnnm-CrB4的态密度及分态密度详细分析了其力学及弹性性能机制.

    Pnnm-CrB4密度泛函理论高压弹性模量韧脆性弹性各向异性硬度态密度

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    SnO2(110)/FAPbBrI2(001)界面电子结构与光学性质的第一性原理研究

    李丽华周龙杰刘硕王航...
    1239-1248页
    查看更多>>摘要：通过基于密度泛函理论的第一性原理对SnO2(110)/FAPbBrI2(001)界面的电子结构及光学性质进行了研究.FAPbBrI2是带隙值为1.58 eV的直接带隙半导体材料,通过构建SnO2(110)和FAPbBrI2(001)的界面模型,发现其晶格失配率为4.28％,界面结合能为-0.116 eV/Å2,说明此界面结构可以稳定存在.通过态密度(DOS)分析SnO2(110)/FAPbBrI2(001)界面的电子结构,发现了主要由界面处O 2p、I 5p、Br4p、Pb6p轨道电子杂化形成的界面态.差分电荷密度及Bader电荷分析结果说明在界面处存在明显的电荷转移,这促进了界面处原子之间的成键,提高了界面稳定性.同时,有效的电荷分离也使SnO2(110)/FAPbBrI2(001)界面的光吸收系数相比于SnO2(110)表面和FAPbBrI2(001)表面有了明显提升.

    第一性原理钙钛矿材料SnO2(110)/FAPbBrI2(001)界面电子结构光学性质界面态

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    Zn掺杂氮化硼的电子结构与光学性质的第一性原理研究

    和志豪苟杰王云杰齐亚杰...
    1249-1256页
    查看更多>>摘要：本文基于密度泛函理论研究了三种浓度分别为0.062 5、0.125、0.25的Zn掺杂氮化硼(BN)的电子结构和光学性质.结果表明:掺杂后三种体系的缺陷形成能均大于零,为此又计算了其应力,发现三种体系能稳定存在.随着掺杂浓度的提高,体系的带隙逐渐减小,且B1-xZnxN(x=0,0.062 5,0.125)为直接带隙半导体,B0.75Zn0.25N为间接带隙半导体.Zn的掺入在费米能级附近引入了受主能级,使价带上移越过费米能级,掺杂体系均具有p型半导体的特征,降低了电子跃迁的难度.随着掺杂浓度的增大,四种体系的静介电常数逐渐增大,掺杂体系的虚部峰值逐渐减小,且在最高峰值处对应反射率的值逐渐变小.在低能量区域内,掺杂体系增强了对光的吸收,吸收边发生红移.掺杂体系中B—N键和N—Zn键的键强逐渐增强.结论显示,掺杂Zn原子可以有效改善BN的电子结构与光学性质.

    BN第一性原理Zn掺杂带隙电子结构光学性质

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    6-氟-4-羟基-3-氧代-3,4-二氢喹喔啉-1(2H)-羧酸叔丁酯的合成、晶体结构及抗肿瘤活性研究

    毛云虹赵春深
    1257-1268页
    查看更多>>摘要：喹喔啉类化合物由于具有显著的生物活性而被广泛应用于医药、化工领域,特别是抗癌药物研发领域.本文通过四步反应法首次合成了 6-氟4-羟基-3-氧代-3,4-二氢喹喔啉-1(2H)-羧酸叔丁酯,经溶液结晶法获得其单晶体.晶体学分析表明,该化合物属单斜晶系,空间群C2/c,晶胞常数a=1.286 63(10)nm,b=2.252 49(17)nm,c=1.015 64(7)nm,Z=8,ρc=1.359 g·cm-3,R=0.053 8,Rw=0.140 6.在 B3LYP/6-311+G(2d,p)模式下使用密度泛函理论(DFT)计算了该化合物的最佳结构,与X射线单晶衍射确定的晶体结构基本一致.抗肿瘤活性研究表明其有良好的抗肿瘤作用.此外,通过DFT计算了分子的静电势和前沿分子轨道.

    喹喔啉类化合物6-氟-4-羟基-3-氧代-3,4-二氢喹喔啉-1(2H)-羧酸叔丁酯晶体结构密度泛函理论合成抗肿瘤活性

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    利用废弃椰木制备B和N共掺杂碳微纳结构及其电磁波吸收性能

    范昊陈拥军李建保陈帅峰...
    1269-1279页
    查看更多>>摘要：5G通信技术为社会发展和日常生活提供了极大的便利,但同时也带来严重的电磁波污染.为了减轻这种污染产生的危害,设计轻量化和环保的宽带电磁波吸收材料已成为研究热点.本文利用椰木做前驱体制备了一种具有竹节管状一维结构的B和N共掺杂碳材料,B和N共掺杂优化了生物质衍生碳的组成,改善了材料的阻抗匹配,一维的竹节中空结构有利于电磁波进入材料内部.制备的材料具有优异的电磁波吸收性能,最低反射损耗(RL)在14.12 GHz时达到-59.64 dB,有效吸收带宽(EAB)宽度范围为5.88 GHz,所需厚度仅为2.1 mm.研究结果表明这种材料优异的电磁波吸收性能来自于电磁波在材料中的多重折射和散射、偶极子极化、界面极化及电导极化等方面的共同作用.

    椰木B,N共掺杂碳微纳结构阻抗匹配电磁波吸收环境友好

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    镍掺杂聚苯胺/生物质炭复合材料的电化学性能

    张丹丹田满泽鄢波任俊鹏...
    1280-1287页
    查看更多>>摘要：为制备高性能、低成本的电极材料,本文以八月瓜果皮生物质炭(BC)为基质,六水合硝酸镍、苯胺为原料,通过化学氧化聚合法合成了镍离子掺杂聚苯胺包覆生物质炭复合材料(Ni@PANI/BC).通过扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)、比表面积测试(BET)等表征手段对其结构进行表征,循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)测试和电化学阻抗谱(EIS)对其进行电化学性能测定,考察了镍离子掺杂对Ni@PANI/BC结构和电化学性能的影响.研究表明,镍离子掺杂聚苯胺包覆生物质炭形成了多孔交联网状结构、比表面积大、导电性能良好的复合材料.当六水合硝酸镍与苯胺、BC质量比为1.5∶5∶3时,所得的电极材料电化学性能最佳.在1 A/g电流密度下,Ni@PANI/BC质量比电容最高可达608.4 F/g,在10 A/g下,充放电循环5 000次,容量保持率为85.4％,该材料具有与文献报道相关材料相媲美的电化学性能.

    生物质炭聚苯胺化学氧化聚合法复合材料电容电化学性能

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