本文以P,Si,Cd為原料采用雙溫區(qū)法合成出140 g的高純CdSiP₂多晶料錠,分別采用自發(fā)形核和施加籽晶的垂直Bridgman法生長出■12 mm×40 mm和■15 mm×50 mm優(yōu)質(zhì)CdSiP₂單晶體。所生長的晶體中無宏觀散射顆粒,（004）面的單晶搖擺曲線的半峰寬為40″。透過光譜表明CdSiP₂晶體在2～6.5μm的透過率達(dá)到57%,接近其理論最大值。輝光放電質(zhì)譜檢測到晶體中含有少量的Fe、Cr、Mn、Ti等過渡金屬。電子順磁共振波譜檢測到Fe⁺和Mn²⁺的存在,這些雜質(zhì)可能會引起晶體在近紅外波段的光學(xué)吸收。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報. 2020,49(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

室溫下和2 K時磁場沿CdSiP2晶體<001>方向的EPR圖譜

P、Cd、Si三種單質(zhì)元素反應(yīng)時,Cd與P在～500 ℃時即發(fā)生反應(yīng),生成Cd3P2。隨著溫度的升高,到600～780 ℃時,體系內(nèi)P的壓力增加,Cd3P2不斷與游離的P反應(yīng),進(jìn)一步生成CdP2。1 000 ℃以上時,CdP2開始與單質(zhì)Si反應(yīng)生成CdSiP2[20]。與上述反應(yīng)過程類似,雙溫區(qū)法合成CdSiP2也包括二元磷鎘化合物的形成,以及磷鎘化合物與Si進(jìn)一步反應(yīng)生成CdSiP2兩個階段。低溫區(qū)520 ℃,高溫區(qū)650 ℃時,低溫區(qū)的P單質(zhì)開始揮發(fā),傳輸?shù)礁邷貐^(qū)與PBN舟的Cd反應(yīng),生成磷鎘二元化合物。二化磷鎘化合物的形成,降低了管內(nèi)的P蒸氣壓,確保石英管能安全升到高溫。此階段反應(yīng)結(jié)束后,低溫區(qū)和高溫區(qū)同時升溫到～1 100 ℃,在此過程中,磷鎘化合物(主要為CdP2)與單質(zhì)Si在PBN坩堝中反應(yīng),生成CdSiP2。反應(yīng)升溫過程中會在梯度區(qū)生成CdP2等二元化合物,最終將低溫區(qū)的溫度升到1 170 ℃(高于高溫區(qū)的1 160 ℃),可以促使CdP2氣化返回高溫區(qū)繼續(xù)反應(yīng),有效避免PBN舟內(nèi)合成產(chǎn)物偏離化學(xué)計量比。通過雙溫區(qū)氣相輸運工藝的反復(fù)優(yōu)化,實現(xiàn)了單爐合成140 g的結(jié)晶質(zhì)量較好的CdSiP2多晶料(如圖1所示),并有效地避免了爆管現(xiàn)象發(fā)生。與之前單溫區(qū)相比,合成周期由14 d縮短到7 d以內(nèi),大大提高了CdSiP2多晶合成效率。采用自發(fā)成核的方法生長CdSiP2晶體,通過探索與優(yōu)化工藝條件成功生長出直徑?12 mm×40 mm的CdSiP2晶體(如圖2(a)所示)。將自發(fā)形核生長的晶體加工出直徑4 mm、長20 mm的籽晶,采用與自發(fā)形核生長相似的工藝參數(shù),生長出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶體(如圖2(b)所示)。籽晶法生長CdSiP2晶體時,需要特別注意的是,升溫過程中嚴(yán)格控制籽晶底部的溫度,使籽晶頂端部分熔化,實現(xiàn)籽晶的熔接。圖3為籽晶法生長的單晶搖擺曲線,可以看出搖擺曲線無劈裂峰,晶體(004)面的半峰寬為40″,表明晶體的單晶性良好。

采用自發(fā)成核的方法生長CdSiP2晶體,通過探索與優(yōu)化工藝條件成功生長出直徑?12 mm×40 mm的CdSiP2晶體(如圖2(a)所示)。將自發(fā)形核生長的晶體加工出直徑4 mm、長20 mm的籽晶,采用與自發(fā)形核生長相似的工藝參數(shù),生長出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶體(如圖2(b)所示)。籽晶法生長CdSiP2晶體時,需要特別注意的是,升溫過程中嚴(yán)格控制籽晶底部的溫度,使籽晶頂端部分熔化,實現(xiàn)籽晶的熔接。圖3為籽晶法生長的單晶搖擺曲線,可以看出搖擺曲線無劈裂峰,晶體(004)面的半峰寬為40″,表明晶體的單晶性良好。對CdSiP2晶體的透過光譜進(jìn)行表征(如圖4所示),CdSiP2晶體透過范圍為0.5～10 μm,在2～6.5 μm波段的平均透過率達(dá)到57%,接近理論最大值。CdSiP2晶體的吸收系數(shù)可由公式:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型可實用化紅外非線性光學(xué)晶體研究進(jìn)展[J]. 李春霄,郭揚武,李壯,姚吉勇,吳以成.  人工晶體學(xué)報. 2019(10)
[2]8～12μm長波紅外非線性晶體研究進(jìn)展[J]. 王振友,吳海信.  人工晶體學(xué)報. 2019(01)
[3]中遠(yuǎn)紅外非線性光學(xué)晶體研究進(jìn)展[J]. 賈寧,王善朋,陶緒堂.  物理學(xué)報. 2018(24)
[4]中遠(yuǎn)紅外及太赫茲波段非線性晶體硒化鎵[J]. 楊春暉,馬天慧,朱崇強(qiáng),雷作濤.  硅酸鹽學(xué)報. 2017(10)
[5]水平梯度冷凝法生長優(yōu)質(zhì)ZnGeP2單晶與性能表征[J]. 康彬,竇云巍,唐明靜,袁澤銳,方攀,張羽,陳瑩,尹文龍.  硅酸鹽學(xué)報. 2016(04)
[6]CdSiP2晶體中光散射顆粒的研究[J]. 張國棟,李春龍,王善朋,張翔,張西霞,陶緒堂.  無機(jī)材料學(xué)報. 2014(08)
[7]紅外非線性光學(xué)晶體研究進(jìn)展[J]. 張國棟,王善朋,陶緒堂.  人工晶體學(xué)報. 2012(S1)



本文編號：3427799