發(fā)布時(shí)間：2021-10-10 06:04

　　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(zhǎng)出■12 mm×40 mm和■15 mm×50 mm優(yōu)質(zhì)CdSiP₂單晶體。所生長(zhǎng)的晶體中無(wú)宏觀散射顆粒,（004）面的單晶搖擺曲線的半峰寬為40″。透過(guò)光譜表明CdSiP₂晶體在2～6.5μm的透過(guò)率達(dá)到57%,接近其理論最大值。輝光放電質(zhì)譜檢測(cè)到晶體中含有少量的Fe、Cr、Mn、Ti等過(guò)渡金屬。電子順磁共振波譜檢測(cè)到Fe⁺和Mn²⁺的存在,這些雜質(zhì)可能會(huì)引起晶體在近紅外波段的光學(xué)吸收。 

【文章來(lái)源】：人工晶體學(xué)報(bào). 2020,49(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

室溫下和2 K時(shí)磁場(chǎng)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(shí),Cd與P在～500 ℃時(shí)即發(fā)生反應(yīng),生成Cd3P2。隨著溫度的升高,到600～780 ℃時(shí),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(shí),CdP2開(kāi)始與單質(zhì)Si反應(yīng)生成CdSiP2[20]。與上述反應(yīng)過(guò)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(gè)階段。低溫區(qū)520 ℃,高溫區(qū)650 ℃時(shí),低溫區(qū)的P單質(zhì)開(kāi)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(shí)升溫到～1 100 ℃,在此過(guò)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(guò)程中會(huì)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(jì)量比。通過(guò)雙溫區(qū)氣相輸運(yùn)工藝的反復(fù)優(yōu)化,實(shí)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(zhǎng)CdSiP2晶體,通過(guò)探索與優(yōu)化工藝條件成功生長(zhǎng)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(zhǎng)的晶體加工出直徑4 mm、長(zhǎng)20 mm的籽晶,采用與自發(fā)形核生長(zhǎng)相似的工藝參數(shù),生長(zhǎng)出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶體(如圖2(b)所示)。籽晶法生長(zhǎng)CdSiP2晶體時(shí),需要特別注意的是,升溫過(guò)程中嚴(yán)格控制籽晶底部的溫度,使籽晶頂端部分熔化,實(shí)現(xiàn)籽晶的熔接。圖3為籽晶法生長(zhǎng)的單晶搖擺曲線,可以看出搖擺曲線無(wú)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(zhǎng)CdSiP2晶體,通過(guò)探索與優(yōu)化工藝條件成功生長(zhǎng)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(zhǎng)的晶體加工出直徑4 mm、長(zhǎng)20 mm的籽晶,采用與自發(fā)形核生長(zhǎng)相似的工藝參數(shù),生長(zhǎng)出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶體(如圖2(b)所示)。籽晶法生長(zhǎng)CdSiP2晶體時(shí),需要特別注意的是,升溫過(guò)程中嚴(yán)格控制籽晶底部的溫度,使籽晶頂端部分熔化,實(shí)現(xiàn)籽晶的熔接。圖3為籽晶法生長(zhǎng)的單晶搖擺曲線,可以看出搖擺曲線無(wú)劈裂峰,晶體(004)面的半峰寬為40″,表明晶體的單晶性良好。對(duì)CdSiP2晶體的透過(guò)光譜進(jìn)行表征(如圖4所示),CdSiP2晶體透過(guò)范圍為0.5～10 μm,在2～6.5 μm波段的平均透過(guò)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
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