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钨酸铅闪烁晶体垂直梯度凝固法生长及光学性能研究

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人工晶体学报 2011年第2期40卷 343-346,358页

作者：向卫东张瑜斐申慧徐家跃江国健邵明国温州大学化学与材料工程学院温州325035 上海应用技术学院材料科学与工程学院上海200235

本文报道了垂直梯度凝固法（VGF）生长PWO晶体的研究结果。通过优化工艺参数,成功获得直径25 mm、长度140 mm的PWO晶体。通过测试PWO晶体的XRD、透过光谱、荧光光谱等,研究了所得晶体的光学性能。结果表明：VGF法生长PWO晶体在350~420 n... 详细信息

本文报道了垂直梯度凝固法（VGF）生长PWO晶体的研究结果。通过优化工艺参数,成功获得直径25 mm、长度140 mm的PWO晶体。通过测试PWO晶体的XRD、透过光谱、荧光光谱等,研究了所得晶体的光学性能。结果表明：VGF法生长PWO晶体在350~420 nm处的光学透过率明显提高,荧光发光主峰位于435 nm,是快发光峰,但慢发光比例有所增加。

关键词：垂直梯度凝固法钨酸铅晶体光学性能

VGF法磷化铟单晶炉加热器对炉内热场分布影响的研究

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人工晶体学报 2024年第5期53卷 781-791页

作者：艾家辛万洪平钱俊兵韦华昆明理工大学民航与航空学院昆明650500 中国广核新能源控股有限公司云南分公司昆明650000 云南鑫耀半导体材料有限公司昆明650503

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... 详细信息

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。

关键词：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

VGF法GaAs单晶生长中热通量对固液界面形状的影响

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稀有金属 2019年第10期43卷 1068-1074页

作者：边义午郑安生林泉龙彪张廷慧北京有色金属研究总院有研光电新材料有限责任公司

采用专业的晶体生长模拟软件CGSim模拟了垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长过程中固液界面形状及其变化;分析了生长过程中界面上不同位置的热通量及其变化,并利用能量守恒关系,分析了热通量对固液界面形状的影响,改进了前人在忽略凝固或... 详细信息

采用专业的晶体生长模拟软件CGSim模拟了垂直梯度凝固法(VGF)GaAs单晶生长过程中固液界面形状及其变化;分析了生长过程中界面上不同位置的热通量及其变化,并利用能量守恒关系,分析了热通量对固液界面形状的影响,改进了前人在忽略凝固或熔化相变潜热的基础上推导出的固液界面形状和温度梯度之间的数学关系。结果表明:固液界面上各点热通量的不同导致各点生长速度的不同,从而形成偏离程度各异的固液界面形状。采用霍尔效应测量法检测了GaAs单晶中的载流子浓度分布,分析了固液界面形状对晶片电学均匀性的影响。结果表明:对于分凝系数k0<1的溶质,平坦的固液界面,晶片中载流子浓度分布更为均匀;凸形界面,载流子浓度随晶片径向距离的增加而增加;凹形界面,载流子浓度随晶片径向距离的增加而降低;载流子浓度分布的不均匀性随固液界面非平坦性的增加而增加。

关键词：垂直梯度凝固法砷化镓数值模拟固液界面电学均匀性

碲锌镉晶体VGF法生长温场的梯度区高度设计研究

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激光与红外 2023年第8期53卷 1222-1226页

作者：刘江高范叶霞侯晓敏折伟林王丛吴卿曹聪中电科光电科技有限公司北京100015

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度... 详细信息

本文对不同梯度区高度的VGF法温场生长碲锌镉(CdZnTe)晶体过程进行了稳态和非稳态仿真模拟分析。研究发现,晶体生长等径初期界面凸度随着梯度区高度的增加而减小;等径末期界面凸度受梯度区高度的影响不大;界面的凸度与固液界面温度梯度变化率正相关。非稳态模拟结果显示,现有变温条件下,晶体生长过程中固液界面凸度存在先增大后减小的趋势,趋势转变点接近梯度区高度中点;界面形状的变化趋势受固液界面上生长速度分布直接影响;对比而言,10 cm高的梯度区更容易实现前中期固液界面凸界面的获得,利于形成高单晶率CdZnTe晶体。

关键词：碲锌镉晶体垂直梯度凝固法温场设计

VGF法半绝缘GaAs单晶EL2浓度优化研究

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人工晶体学报 2020年第3期49卷 412-416页

作者：兰天平边义午周春锋宋禹中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220

为了获得高电阻率及迁移率的半绝缘GaAs单晶材料,采用经高压及水平合成不同工艺制得的GaAs多晶料,进行垂直梯度凝固(VGF)法半绝缘GaAs单晶生长,测试和分析相应单晶片的EL2浓度、C浓度及电阻率、迁移率等性能参数,对比和分析了GaAs化学... 详细信息

为了获得高电阻率及迁移率的半绝缘GaAs单晶材料,采用经高压及水平合成不同工艺制得的GaAs多晶料,进行垂直梯度凝固(VGF)法半绝缘GaAs单晶生长,测试和分析相应单晶片的EL2浓度、C浓度及电阻率、迁移率等性能参数,对比和分析了GaAs化学计量比的不同对单晶EL2浓度及电学参数的影响,经多炉次实验,确定出GaAs单晶电阻率>1×10^8Ω·cm及迁移率>5×10^3 cm^2/(V·s)时C浓度及EL2浓度的合理范围,并据此结论,指导MBE外延用半绝缘GaAs单晶生长,保证了半绝缘GaAs单晶在满足高电阻率和迁移率的同时,具有较高的重复性和一致性。

关键词：砷化镓垂直梯度凝固法半绝缘晶体生长 EL2

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锗单晶材料的发展现状

红外技术 2021年第5期43卷 510-515页

作者：董汝昆吴绍华王柯尹国良史娜娜姚杨郭晨宇云南北方驰宏光电有限公司云南昆明650223

锗因其资源稀缺、优异的光学和物理性能,广泛应用于光纤系统、红外光学系统、电子和太阳能应用、探测器等高科技领域,是战略性产业所需的重要功能材料和结构材料。简单介绍了目前国内锗单晶生长的两种主要方法:直拉法(Czochralski,CZ)... 详细信息

锗因其资源稀缺、优异的光学和物理性能,广泛应用于光纤系统、红外光学系统、电子和太阳能应用、探测器等高科技领域,是战略性产业所需的重要功能材料和结构材料。简单介绍了目前国内锗单晶生长的两种主要方法:直拉法(Czochralski,CZ)和垂直梯度凝固法(vertical gradient freeze,VGF)。对国内和国外知名锗材料生产企业的锗单晶生长方法、直径、电阻率等相关技术参数,进行了统计和比较。针对不同的单晶材料性能,分析了红外光学用锗单晶、太阳能电池用锗单晶和高纯锗单晶的应用领域和发展现状。

关键词：锗锗单晶直拉法垂直梯度凝固法

高温退火处理提高半绝缘VGF-GaAs单晶的电学性能

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Journal of Semiconductors 2008年第9期29卷 1770-1774页

作者：占荣赵有文于会永高永亮惠峰中国科学院半导体研究所北京100083

垂直梯度凝固法(VGF)生长的低位错半绝缘(SI)GaAs单晶存在电阻率和迁移率低、电学补偿度小、均匀性差等问题.在3种不同温度条件下,对VGF-SI-GaAs晶片进行了加As压的闭管退火处理.结果表明,经过1160℃/12h的高温退火处理后,VGF-SI-GaAs... 详细信息

垂直梯度凝固法(VGF)生长的低位错半绝缘(SI)GaAs单晶存在电阻率和迁移率低、电学补偿度小、均匀性差等问题.在3种不同温度条件下,对VGF-SI-GaAs晶片进行了加As压的闭管退火处理.结果表明,经过1160℃/12h的高温退火处理后,VGF-SI-GaAs单晶的电阻率、迁移率和均匀性均得到了显著提高.利用Hall、热激电流谱(TSC)、红外吸收法分别测试分析了原生和退火VGF-SI-GaAs单晶样品的电学性质、深能级缺陷、EL2浓度和C浓度,并与常规液封直拉法(LEC)SI-GaAs单晶样品进行了比较.原生VGF-SI-GaAs单晶中的EL2浓度明显低于LEC-SI-GaAs单晶,经过退火处理后其EL2浓度显著增加,电学补偿增强,而且能级较浅的一些缺陷的浓度降低,因而有效提高了其电学性能.

关键词：垂直梯度凝固法半绝缘砷化镓电学补偿缺陷

LEC和VGF方法生长InP晶体及其均匀性研究

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LEC和VGF方法生长InP晶体及其均匀性研究

作者：黄子鹏河北工业大学

学位级别：硕士

磷化铟(InP)是一种具有诸多优异特性的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,广泛应用于光电子与微电子领域。InP晶体生长过程中多种因素往往引起晶体中杂质分布不均,从而影响晶体性能。此外,熔体组分配比能够影响晶体中不同缺陷的产生、分布及杂质... 详细信息

磷化铟(InP)是一种具有诸多优异特性的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,广泛应用于光电子与微电子领域。InP晶体生长过程中多种因素往往引起晶体中杂质分布不均,从而影响晶体性能。此外,熔体组分配比能够影响晶体中不同缺陷的产生、分布及杂质的存在形式。为澄清影响InP晶体不均匀的主要因素,本文采用液封直拉(LEC)法和垂直梯度凝固(VGF)法制备了不同化学配比的InP晶体,并对不同化学配比的晶体均匀性及Fe激活率进行了研究,主要研究内容及结果如下:(1)用磷注入法合成了不同化学配比的InP多晶,用CGSim软件模拟了晶体生长过程,优化了生长工艺,用LEC和VGF法生长了不同配比和掺杂类型的InP单晶。(2)用PL-Mapping及XRD技术对LEC和VGF方法生长的掺S晶体的均匀性及结晶质量进行了研究,发现用VGF法生长的掺S样品的均匀性及结晶质量均优于用LEC法生长的掺S样品,认为这与VGF法生长晶体时温度梯度较LEC法低有关。(3)用XRD技术研究了不同配比InP晶体的结晶特性,发现近化学配比样品的结晶质量优于富铟和富磷样品,认为这是由于富铟样品中的夹杂物和富磷样品中的孔洞致使其周围晶格产生形变,破坏晶格结构,从而影响结晶质量。(4)通过PL-Mapping测量,发现有些用LEC法生长的掺Fe样品中出现Fe杂质的条形分布,并用非接触式电阻率测量证实了这种分布。用CGSim软件对晶体生长过程中的热场和流场模拟后发现由不同生长条件引起的不同熔体对流会对Fe杂质在固液界面附近的输运产生不同影响,熔体对流可能是引起这种条形分布的重要原因。(5)研究了不同化学配比掺Fe InP的晶体特性,发现富铟和富磷掺Fe样品中分别存在分布不均的夹杂物和孔洞。用PL-Mapping和FTIR技术研究了不同配比掺Fe样品中Fe分布均匀性,发现近化学配比样品的均匀性最好,而富磷样品最差。夹杂物和孔洞附近Fe浓度较高,这是由于夹杂物和孔洞引起应力,造成其附近区域具有较高浓度缺陷,缺陷对杂质的吸引作用所致,这表明化学配比对Fe的分布有影响。(6)根据InP中Fe受主杂质的电子和空穴光电离引起红外吸收特点,利用FTIR技术结合Fe受主的电子与空穴的光电离谱特性,提出了一种测量InP中Fe受主浓度的方法,用这种方法研究了不同配比对Fe激活率的影响。结果表明,富磷条件有利于Fe激活率提高,为分析这种现象的机理,通过第一性原理计算后发现,富磷样品中VIn和FeIn的缺陷形成能最低,有利于VIn和FeIn的形成,因此提高了 Fe激活率。

关键词：液封直拉法垂直梯度凝固法 InP 均匀性 Fe激活率

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钨酸铅晶体的生长及光学性能研究

钨酸铅晶体的生长及光学性能研究

作者：邵明国温州大学

学位级别：硕士

钨酸铅(PWO)晶体由于其自身特点：高密度、短辐射长度和Moliere半径、快的闪烁衰减时间及较强的抗辐照损伤能力，成为欧洲核子中心(CERN)建设的大型强子对撞机(LHC)中电磁量能器用的首选材料，PWO晶体在高能物理领域、核医学领域等有着... 详细信息

钨酸铅(PWO)晶体由于其自身特点：高密度、短辐射长度和Moliere半径、快的闪烁衰减时间及较强的抗辐照损伤能力，成为欧洲核子中心(CERN)建设的大型强子对撞机(LHC)中电磁量能器用的首选材料，PWO晶体在高能物理领域、核医学领域等有着广泛的应用，从而PWO晶体作为一种闪烁材料成为近年来国内外研究的热点。本论文以PWO晶体为研究对象，开展了PWO晶体的生长、退火、离子扩散改性、PWO微晶的合成及光学性能等方面探索性工作，其中主要内容包括以下几个方面： 1.采用下降法(Bridgman)、垂直梯度凝固法(VGF)生长了PWO及(F,Y):PWO晶体，通过优化生长工艺，得到透明、无宏观缺陷PWO晶体。生长的PWO晶体为纯的四方相白钨矿型晶体，PWO单晶在350nm有较强吸收，但随着F、Y的掺入，减少了在350nm处的本征吸收，PWO:(F,Y)晶体荧光强度得到明显提高，且发光主峰向短波移动了10-20nm，PWO在1000ns积分时间内光产额为32pe/MeV，衰减时间为4.2ns，VGF、Bridgman法生长(F,Y):PWO晶体在1000ns积分时间内光产额分别为50pe/MeV、65pe/MeV，衰减时间分别为：7ns、5ns。 2. Ce、Eu离子扩散PWO晶体减少了在350nm处的本征吸收，但Cr扩散PWO在420nm处产生了一个强吸收带;随着进入PWO离子浓度的增大，Ce、Cr扩散PWO晶体荧光强度逐渐减小，且Ce扩散PWO有红移现象,但Eu离子扩散PWO荧光强度逐渐增强。Ce、Eu、Cr离子扩散PWO晶体在1000ns积分时间内光产额分别为：36pe/MeV、46pe/MeV、法合成PWO微晶结晶良好，随着加入PEG-400量的增加，由塔状变成梭子状，在蓝、绿光范围内具有较宽的发射谱带，但发光强度低于纯PWO微晶。超声辅助法合成(Ce、Cl-):PWO微晶结晶良好，随着Ce、Cl-离子浓度的增加，PWO微晶由块状向带状转变，(Ce,Cl-):PWO微晶荧光光谱强度逐渐减弱。

关键词：钨酸铅晶体下降法垂直梯度凝固法掺杂扩散光学性能