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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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    数据驱动的新型非线性光学材料理论设计研究进展

    储冬冬杨志华潘世烈
    1475-1493页
    查看更多>>摘要：非线性光学晶体是全固态激光器的核心器件，在信息技术、国防安全等方面具有广泛且重要的应用。随着高性能计算技术的发展，计算辅助实验的"自上而下"靶向设计逐渐成为非线性光学材料设计的重要组成部分。同时，基于高通量计算获取的大规模结构性能信息，进一步为数据挖掘、机器学习的算法训练提供了坚实的数据基础，促进了材料设计的第四范式的发展。本文从非线性光学晶体的计算材料设计入手，探讨了数据驱动的非线性光学理论设计的新范式，对本团队近年来在高通量筛选、晶体结构预测以及机器学习加速非线性光学材料设计等方向的研究进展进行了综述。

    晶体结构预测高通量筛选机器学习非线性光学材料材料设计

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    分子束外延设备国内外进展及展望

    陈峰武吕文利龚欣薛勇...
    1494-1503页
    查看更多>>摘要：分子束外延(MBE)设备具有超高真空、超高精度、超高均匀性薄膜沉积等特点，是化合物半导体材料、器件制造的核心工艺装备，被广泛用于固态微波射频器件、半导体激光器、探测器等外延薄膜制备。本文在简要介绍MBE设备及技术特点的基础上，首先详细阐述了 Riber、Veeco、DCA等国际知名厂商的MBE设备发展历程及产品现状;接着对中国电科48所(CETC48)、沈阳科仪(SKY)、费勉仪器(FERMI)等国内代表性厂商的MBE设备国产化进展情况进行介绍;最后对MBE技术的未来发展趋势进行了展望，并指出当前MBE设备国产替代恰逢其时，需要抓住机遇，克服挑战，快速推进我国MBE设备的技术迭代和产业化应用，为我国科技自立自强提供重要支撑。

    分子束外延设备化合物半导体国产化超高真空

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    Nd∶GdYAG激光晶体的光谱分析及热学性能研究

    窦仁勤刘耀罗建乔王小飞...
    1504-1511页
    查看更多>>摘要：本文对所生长的Nd∶GdYAG晶体的吸收光谱和荧光光谱进行了测试，采用Judd-Ofelt理论对振子强度和线强、强度参数Ωt、4F3/2→4IJ能级间的跃迁概率、能级辐射寿命、荧光分支比等光谱参数进行了计算，相关数据与YAG、LuAG、YVO4等晶体进行了对比。Ωt计算得出 Ω2=(0。813±0。200)×10-20 cm2，Ω4=(3。381±0。187)× 10-20 cm2，Ω6=(5。135±0。278)×10-20 cm2，相比YAG、LuAG、YVO4等晶体，Nd∶GdYAG晶体的强度参数Ω2较大，表明Gd3+的掺入增大了基质的无序度。计算并拟合了 300～1 200 nm的吸收截面和折射率，其中808 nm处的吸收截面为5。0×10-20 cm2，1 064 nm处的折射率为1。80。实测4 F3/2能级的荧光寿命为228 μs，与计算的能级辐射寿命240μs接近;1 064 nm处的发射截面为1。23 × 10-19cm2，接近Nd∶YAG晶体的发射截面。室温下Nd∶GdYAG晶体的热导率为5。992 W/(m·K)，略小于Nd∶YAG和Nd∶GGG，但大于Nd∶YVO4晶体。研究表明，Nd∶GdYAG是一种有应用前景的新型激光晶体材料。

    激光晶体Nd∶GdYAG光谱分析Judd-Ofelt理论热导率

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    基于紧凑型Nd∶YAG/PPMgLN模组的561 nm基模激光器

    伍秋林冯新凯陈怀熹陈家颖...
    1512-1518页
    查看更多>>摘要：本文提出了一种非线性晶体的切角方法，通过切去谐振腔中掺氧化镁周期极化铌酸锂(PPMgLN)晶体输出端面的一角，改变输出端面的激光模式分布，从而实现了稳定的561 nm黄光激光的基模输出。利用有限差分本征模法，仿真出各种切角方案输出端面的激光模式分布，讨论其输出基模的原理，并通过实验测出各方案输出功率随泵浦功率的变化曲线。结果表明，当抽运功率为4。8 W时，实现了最高121 mW的基模输出，光-光转换效率为2。6％，中心波长为560。95 nm，半峰全宽为0。92 nm，3 h内波动性小于1。91％。与已报道的实验结果对比，该实验结果具有更小的结构尺寸，为紧凑型基模激光器提供重要参考。

    PPMgLN晶体561nm激光器倍频晶体切角基模输出

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    基于原位原子力显微镜的巴洛沙韦酯单晶溶解机制研究

    王洪帅王蕾宋舒虹陶绪堂...
    1519-1527页
    查看更多>>摘要：本文使用原位原子力显微镜(in-situ AFM)，在近分子尺度探究了抗流感药物巴洛沙韦酯晶型Form I晶体最大暴露晶面在水中的溶解行为。该晶体最大暴露晶面为(020)面，溶解前呈现出层状台阶和螺旋位错的微观形貌特征。原位原子力显微镜测试表明该晶面在水中主要以台阶后退溶解机制和蚀坑扩展溶解机制溶解。台阶后退溶解机制主要发生在留存有生长台阶的晶面处，通过层状台阶逐步后退推进溶解。蚀坑扩展溶解机制中，蚀坑具有规则蚀坑和倒螺旋位错型蚀坑两种形态。倒螺旋位错型蚀坑与螺旋位错处的缺陷溶解启动相关;规则四边形蚀坑则主要出现在较为平整光滑的完美晶面处，其原因在于该特征晶面仅能通过自发蚀坑成核来推进溶解过程。通过规则四边形蚀坑溶解机制溶解时，该晶面还存在溶解蚀坑临界尺寸现象，即只有超过一定尺寸的蚀坑才能推进溶解。

    巴洛沙韦酯原位原子力显微镜溶解机制药物晶体台阶后退溶解蚀坑扩展溶解

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    铝掺杂对硒化铟晶体结构与性能的影响

    郑权刘学超王浩朱新峰...
    1528-1535页
    查看更多>>摘要：硒化铟(InSe)是一种新型的窄禁带(1。3 eV)层状半导体，具有优异的塑性和电学性能，在新型电子和光电子器件中具有广泛应用前景。采用布里奇曼(Bridgman)法生长了未掺杂和铝掺杂的InSe晶体，通过能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对制备材料的化学成分和表面形貌进行了表征。本文研究发现，铝掺杂可调节InSe晶体的塑性和光电性能。X射线衍射(XRD)分析表明晶体具有六方结构，结合拉曼光谱表征证实晶体结构为ε-InSe。纳米压痕测量表明，随着铝掺杂量的增加，InSe晶体的硬度和模量降低，材料的塑性提高。霍尔效应测量和光学吸收谱结果表明，铝掺杂可提升载流子浓度和禁带宽度。

    InSe∶Al布里奇曼法力学性能电学性能第一性原理晶体结构

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    电子辐照对4H-SiC MOS材料缺陷的影响

    刘帅熊慧凡杨霞杨德仁...
    1536-1541页
    查看更多>>摘要：4H-SiC金属氧化物半导体(MOS)基器件在电子辐照环境下应用时可能产生新的材料缺陷，导致其电学性能发生退化。本文选取结构最简单的MOS基器件(4H-SiC MOS电容器)为对象，研究了一系列电子辐照剂量下材料缺陷的演变情况。在10 MeV电子束下对MOS样品进行30、50、100、500、1 000 kGy剂量的辐照，对辐照前、后样品进行深能级瞬态谱测试(DLTS)和电容-电压(C-V)曲线表征。DLTS实验结果表明，低剂量电子辐照前、后4H-SiC/SiO2界面及近界面处的缺陷没有发生明显变化，而高剂量辐照导致双碳间隙原子缺陷的构型发生了改变，演变后的构型能级位置更深，化学结构更加稳定。C-V曲线测试结果发现，不同电子辐照剂量导致MOS电容器平带电压发生不同程度的负向漂移，这很可能是SiO2氧化层中氧空位数量和4H-SiC/SiO2界面及近界面处缺陷数量共同影响的结果。本文研究结果对研发和优化抗电子辐照的4H-SiC MOS制备工艺具有一定的参考价值。

    4H-SiCMOS电子辐照缺陷变化双碳间隙原子深能级瞬态谱

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    PVT法AlN晶体生长模式调控研究

    覃佐燕金雷李文良谭俊...
    1542-1549页
    查看更多>>摘要：物理气相传输(PVT)法制备AlN晶体时，亚晶的产生会降低晶体质量，甚至多晶化。本文通过调节热/动力学生长条件，研究AlN晶体中亚晶产生及变化规律，提出抑制方法调控生长模式。实验结果表明，大的温度波动导致晶体表面气相物质过饱和度波动变大，增加高指数晶面的形成概率，这些晶面因非一致性难以实现完美聚并。本文还研究了稳定温场条件下，气相物质输运对生长模式的影响。实验及模拟结果显示，传统坩埚内气相物质由晶体边缘向中心迁移，与台阶方向相反，晶体表面易演变成混合生长模式。通过设计的新型坩埚，实现气相物质顺台阶流方向迁移，满足层状可控生长的基本条件。在2 200～2 300℃下，随温度降低，晶体呈c轴优势生长，侧向扩展能力降低;随温度升高，侧向扩展能力变强，但晶体表面高指数晶面形成概率增加;温度约2 250℃时，两者达到平衡，适合亚晶的抑制和消除。结合BCF理论分析，降低过饱和度可增强螺旋位错驱动生长的二维平铺能力，并增大台阶宽度，有利于将亚晶界分散融入台阶流中。优化后的实验，促进了生长模式向螺旋位错驱动生长模式的转变，亚晶逐渐被湮灭，获得高质量AlN晶体，其(0002)面的X射线单晶摇摆曲线半峰全宽为58"，拉曼谱的E2(High)半峰全宽为3。3 cm-1，位错密度为 2。87 × 103 cm-2。

    AlN晶体PVT法亚晶混合生长模式螺旋位错驱动生长

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    CsBa2ScB8O16:首例结构中同时含有零维[B3O6]基元和一维B—O链的稀土硼酸盐

    焦思慧吴红萍俞洪伟
    1550-1559页
    查看更多>>摘要：利用高温溶液法合成了首例结构中同时含有零维[B3O6]基元和一维B—O链的稀土硼酸盐晶体CsBa2ScB8O16，该晶体属于三斜晶系，空间群为P(1)，晶胞参数为a=6。698 5Å，b=7。216 Å，c=14。798 Å，α=97。563°，β=95。226°，γ=95。546°，Z=2。该晶体中的[BO3]与[B4O9]基元通过共享氧原子连接形成一维[B5O10]∞链，[Sc(1)O6]八面体与一维[B5O10]∞链通过共享氧原子形成二维[Sc(1)(B4O9)]∞层，层间由[Sc(2)O6]八面体连接形成Sc—B—O 三维框架。孤立的[B3O6]基元与Cs+、Ba2+填充在三维孔道内维持电荷平衡。为了进一步探索CsBa2ScB8O16结构的新颖性，将该晶体与其他含有碱金属或碱土金属的稀土硼酸进行比较，讨论了阳离子与硼的摩尔比(n(A)/n(B))对B—O基元的聚合度及B—O阴离子框架维度的影响。此外，对化合物进行了红外光谱、紫外-可见-近红外漫反射光谱，以及热学行为等表征测试，并基于第一性原理计算对化合物微观电子层面进行了计算分析。结果表明CsBa2ScB8O16的紫外截止边小于190 nm，双折射为0。072@1 064nm，其光学特性主要由[B3O6]基元、[B5O10]基元和[ScO6]多面体贡献。

    稀土硼酸盐高温溶液法晶体结构B—O框架第一性原理计算双折射

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    Dy3+/Eu3+双掺杂CaLaGa3O7颜色可调荧光粉的制备与发光性能

    刘云云黄传鑫王猛王燕...
    1560-1567页
    查看更多>>摘要：本文采用高温固相法成功制备了一系列Eu3+单掺和Dy3+/Eu3+双掺CaLaGa3O7单基质荧光粉。通过X射线衍射和发射光谱对荧光粉的物相及发光性能进行了表征。结果表明，所制备的样品均为四方结构，与基质晶体一致，表明成功合成了 Eu3+单掺和Dy3+/Eu3+双掺杂的CaLaGa3O7荧光粉。在波长393 nm近紫外光激发下，Eu3+∶CaLaGa3O7表现出Eu3+的特征红光发射(5D0→7F2)，并且发光纯度高达100％。共掺Dy3+之后，Dy3+/Eu3+双掺CaLaGa3O7荧光粉不仅可以被波长393 nm的光激发还可以被波长348 nm的光激发。不管是哪个波长的光激发，Dy3+/Eu3+∶CaLaGa3O7发射光谱同时包含了 Eu3+的特征红光发射和Dy3+的特征黄光发射(4F9/2→6H13/2)。通过对发射谱和荧光寿命分析得出，双掺荧光粉中Dy3+和Eu3+之间存在有效的能量传递过程。进一步计算了各个样品对应的色坐标，结果表明当激发波长由348 nm改变为393 nm时，色坐标整体上从黄绿色区域移动到黄橙光区域。因此，Dy3+/Eu3+∶CaLaGa3O7是一种光色可调发光材料，在显示和固态照明方面具有良好的应用前景。

    CaLaGa3O7Dy3+/Eu3+双掺杂荧光粉发光性能颜色可调高温固相法

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