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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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    宽禁带半导体ZnGa2O4研究进展

    雷莎莎龚巧瑞赵呈春孙晓慧...
    1289-1301页
    查看更多>>摘要：宽禁带半导体材料因独特的物理和化学特性，在光电器件等领域展现出巨大的潜力，受到了越来越多的研究和关注。镓酸锌(ZnGa2O4)作为一种宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、结构独特、热稳定性良好等优点，在日盲紫外光电探测、X射线探测等领域具有广阔的应用前景。本文从ZnGa2O4的基本结构特性出发，详细介绍了 ZnGa2O4的禁带宽度、光电性能以及ZnGa2O4体块单晶和薄膜的制备方法。结合国内外学者近期的一些研究成果，概述了 ZnGa2O4在多个领域的应用前景，特别是日盲紫外光电探测、忆阻器、X射线探测和功率器件等方面的研究进展。最后对ZnGa2O4材料的未来发展方向提出了展望，指出可进一步提升ZnGa2O4材料的质量和性能，以提升器件性能，满足更高级别的应用需求。

    ZnGa2O4宽禁带半导体光电性能制备方法应用

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    超级电容器用生物质衍生碳材料研究进展

    牛丽丽王培刘彦彬赵惠娟...
    1302-1312页
    查看更多>>摘要：生物质衍生碳材料具有前驱体来源广泛、比表面积大、杂原子掺杂丰富、碳纳米尺寸可控等优良特点，作为超级电容器电极材料具有广阔的应用前景。且因其在缓解环境问题、提升废物利用率和促进可持续储能应用方面作用巨大而受到人们越来越多的关注。本文综述了超级电容器用生物质衍生碳材料研究进展，包括生物质衍生碳前驱体的主要来源、制备策略及生物质碳纳米结构。阐述了不同制备策略(碳化方法、活化方法及杂原子掺杂)中生物质碳的孔结构、比表面积和电化学性能，介绍了纳米尺寸碳材料对其性能的影响，最后总结了生物质碳在超级电容器领域的发展前景和面临的挑战，为生物质碳的未来发展和高效利用提供有益的启示。

    生物质碳材料碳化活化杂原子掺杂超级电容器

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    大尺寸CH3NH3PbBr3晶体生长和光电性能表征

    孙元龙胡子钰郑国宗
    1313-1318页
    查看更多>>摘要：卤化物钙钛矿材料作为一种新型的半导体材料，具有材料廉价和光电转换性能优异的优点，基于该材料的各类光电器件已经开始逐步应用。虽然多晶薄膜仍然是主要的研究方向，但其具有形态无序、杂质较多的缺点，而单晶具有无晶界、低缺陷的特点，因此基于大尺寸单晶的研究开始被广泛关注。本文设计了一套内外反控温循环过滤生长装置，采用逆温结晶和籽晶相结合的方法制备了直径大于60 mm的CH3NH3PbBr3单晶，对晶体样品进行了物相、微观形貌、光学和电学性能的研究。该晶体属于立方晶系，空间群为Pm(3)m;紫外-可见吸收光谱显示吸收截止边约为576 nm，荧光发射谱峰值552 nm;摇摆曲线显示晶体(100)晶面半峰全宽为91。42"。切割抛光后的晶片光响应灵敏，开关比为2。4×104。

    CH3NH3PbBr3单晶卤化物钙钛矿内外反控温循环过滤晶体生长光电性能逆温结晶

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    光纤端面耦合周期极化铌酸锂(PPLN)薄膜波导器件的研究

    马翠坪陈家颖陈怀熹梁万国...
    1319-1325页
    查看更多>>摘要：通过有限元模拟器从理论上分析了在理想光学系统中实现光纤与周期性极化铌酸锂(PPLN)波导之间高效耦合的可行性。仿真模拟了单模保偏光纤和透镜光纤在空间中的发散情况。针对截面尺寸为10 μm×10 μm、长度为20 mm的PPLN脊形波导，进行了与两种不同光纤的直接端面耦合模拟分析。分析发现，尽管透镜光纤的耦合效率高达95％，但其基模占比却不足5％。鉴于PPLN倍频器件主要依赖于激光的基模进行工作，这使透镜光纤的耦合效率在实际应用中显得相对较低。相比之下，单模保偏光纤的基模占比高达93。8％，显示出更为优越的性能。因此，本文选择了单模保偏光纤与PPLN脊形波导进行封装测试。实验结果表明:当温度为24。8 ℃，从光纤放大器输出的泵浦功率最大为1。6 W时，计算扣除输入端光纤与波导的耦合损耗后的输入泵浦功率为1。2 W，光纤到波导的耦合效率为75％，略高于当前已知的最高效率72％。1 560 nm基频光的输入功率为1。2 W时，最大输出653 mW的倍频光，光光转换效率达到了 54。4％，归一化转换效率为20。2％/(W·cm2)。

    光纤周期性极化铌酸锂波导端面耦合耦合效率

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    多孔n-GaN/p-ZnxCu1-xS异质结的制备及紫外探测性能研究

    杜志伟贾伟贾凯达任恒磊...
    1326-1336页
    查看更多>>摘要：本文首先采用紫外光辅助电化学刻蚀(UV-EC)方法制备出了孔隙密度为1。51 ×1010 cm-2、平均孔径为38 nm的多孔n-GaN薄膜;随后在其上通过水浴法沉积了一系列ZnxCu1-xS复合薄膜，x为0。0、0。2、0。4、0。6、0。8、1。0，形成的多孔n-GaN/p-ZnxCu1-，S异质结带隙在2。34～3。51 eV调控;最后基于这些异质结构建出p-n结型紫外探测器。I-V曲线结果表明这些探测器均具有良好的整流特性，特别是n-GaN/p-Zn0。4 Cu0。6 S探测器性能最优。在暗态下，I+3V/I-3V约为1。78 × 105;在偏压为-3 V、光功率密度为432 µW/cm2(365 nm)的条件下，光暗电流比超过103，上升/下降时间为0。09/39。8 ms，响应度(R)为0。352 A/W，外量子效率(EQE)为119。6％，探测率(D*)为3。21 × 1012 Jones。I-t曲线结果表明，多孔n-GaN/p-ZnxCu，-xS异质结紫外探测器在连续开-关光循环过程中拥有稳定的光电流响应。该研究为制备异质结紫外探测器提供了一定的理论指导和实验数据。

    p-ZnxCu1-xS多孔n-GaN异质结紫外探测器光暗电流比响应度

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    微纳级GaN基VCSEL中周期反射结构与电子阻挡层的设置作用分析

    祝震宇贾志刚董海亮许并社...
    1337-1343页
    查看更多>>摘要：氮化镓(GaN)基微纳米结构生长技术的成熟为微纳级GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的制备提供了新的途径。本文设计了基于GaN基轴向异质结微纳米柱的微纳级VCSEL结构，采用Al0。8Ga0。2N/In0。2Ga0。8N应变补偿结构作为上下分布式布拉格反射镜(DBR)，其中Al0。8Ga0。2N层的Al组分远高于传统结构中的电子阻挡层(EBL)，能够更好地起到电子阻挡的作用。本文使用商用软件PICS3D构建了电子阻挡层处于不同位置的VCSEL数理模型，并进行数值模拟计算，探索和分析物理机理，解释了不同位置EBL对空穴注入效率的影响。结果表明，采用Al0。8Ga0。2N与In0。2Ga0。8N组成的应变补偿DBR可以更好地提高空穴注入效率，优化器件光电性能。

    Ⅲ族氮化物垂直腔面发射激光器空穴注入效率微纳米结构应变补偿DBR电子阻挡层

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    基于CGSim模拟的炉膛空气对流对碲锌镉晶体生长温场影响研究

    马启司刘江高折伟林曹聪...
    1344-1351,1360页
    查看更多>>摘要：碲锌镉晶体生长周期长、生长体系复杂，采用垂直布里奇曼法或者垂直温度梯度法生长碲锌镉(CdZnTe)晶体材料时，晶体的生长过程往往无法直观观察，晶体内部的温场也缺乏相应的手段检测，这对改进晶体生长工艺带来了诸多不便。利用计算机仿真能够将晶体生长的过程重构或再现。本文利用数值模拟软件，在晶体生长炉模型顶部塞子和底部塞子中心开孔，通过调节孔径大小(20～40 mm)，对炉膛内气体的对流行为进行了规律性的调控。开孔前，炉膛内气体流速极低(只有10-5 m/s)，形成流动缓慢、形状稳定的对流胞;开孔后，炉膛内气体流速明显增加(0。25～0。90 m/s)，流动状态变为层流。通过控制模型的孔径大小，可以有效改变炉膛内气体层流的流速，相同温度设定下，流速从0。25 m/s增加到0。90 m/s时，温度梯度将从0。5 K/mm增加到1。1 K/mm。在实际空炉上进行开孔测温实验，验证了模拟结果中温度梯度变大的结论。通过监控炉膛内温度随时间的变化，发现层流模式下提高流速，有利于减小炉内温度随时间的波动，提高温场稳定性。温场温度梯度的增加和稳定性的提升，将有利于高质量碲锌镉晶体的制备。

    碲锌镉晶体生长对流温场CGSim软件模拟

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    Al掺杂对β-Ga2O3薄膜光学性质的影响研究

    钟琼丽王绪马奎杨发顺...
    1352-1360页
    查看更多>>摘要：近年来，半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展，因此超宽禁带半导体材料β-Ga2O3具有广阔的应用前景，而有效掺杂是实现β-Ga2O3器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga2O3/Al/Ga2O3/Al/Ga2O3复合结构，经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中，形成Al掺杂的β-Ga2O3薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶，进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga2O3薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga2O3薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长，掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时，薄膜紫外吸收率分别为40％和50％;随着Al溅射时间的增加，Al掺杂β-Ga2O3薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强，Al溅射时间为300 s时，β-Ga2O3薄膜的光吸收率接近90％;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga2O3薄膜的禁带宽度变窄。

    β-Ga2O3薄膜Al掺杂磁控溅射Ga2O3/Al/Ga2O3/Al/Ga2O3复合结构光吸收光学带隙

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    AlN/β-Ga2O3 HEMT频率特性仿真研究

    贺小敏唐佩正刘若琪宋欣洋...
    1361-1368页
    查看更多>>摘要：器件的频率特性影响较为复杂，本文利用Sentaurus TCAD研究了 A1N势垒层厚度、栅长、栅漏间距和功函数对AlN/β-Ga2O3高电子迁移率晶体管(HEMT)频率特性的影响，得到以下结论:随着AlN势垒层厚度从10 nm增加到25 nm，截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)分别增加了 18和17 GHz，栅电容减小是fT增加的主要原因，同时研究表明势垒层厚度减小有利于增强栅极对沟道电子的控制。栅长从0。9 µm减小到0。1 μm，fT和fmax分别增加了 84和98 GHz，其对频率特性的影响远远超过了势垒层厚度;栅长小于0。1µm时，发生短沟道效应。栅漏间距增大时，fT微弱减小，在源电阻和fT共同减小作用下，器件仅在栅源电压(VGS)大于-1。2 V时，fmax与fT的变化趋势相同。功函数几乎不会影响器件的fT和fmax，但是功函数的增加改善了器件的夹断特性。本文研究表明，在栅长缩短的同时，增加A1N势垒层厚度、栅漏间距和功函数可以在提高频率特性的同时改善器件的夹断特性，对AlN/β-Ga2O3 HEMT器件的设计有一定的指导意义。

    β-Ga2O3AlNHEMT截止频率最高振荡频率

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    光伏单晶硅切割片断裂强度的仿真分析与实验研究

    谭慧莹邢旭葛培琪毕文波...
    1369-1377页
    查看更多>>摘要：单晶硅被广泛应用于光伏行业，随着切片加工厚度的逐步减小和锯丝的细径化，切片过程中存在的黏附等现象导致单晶硅切割片发生弯曲甚至断裂，进而引起破片率的提高，对光伏太阳能电池的成本造成较大影响。本工作针对光伏单晶硅片切割加工过程，采用三轴弯曲实验，测量并分析硅片的断裂强度及相应的破片率，利用有限元方法建立硅切割片断裂强度的三维仿真分析模型。研究结果表明:硅切割片断裂强度分散性大，平均断裂强度为97。7 MPa;硅切割片的弯曲刚度随着厚度减小而降低，平均弯曲刚度为441。2 N/m，当厚度规格为60 μm时，弯曲刚度最低，达103。5 N/m;硅切割片的破片率范围随着厚度的减小而增大，60 μm厚度的切割片破片率范围最大，为0。6％～99。9％。仿真与实验结果基本一致，表明仿真模型及方法适用于光伏单晶硅切割片的断裂强度和破片率的模拟分析。

    光伏单晶硅切割加工断裂强度有限元分析厚度破片率

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