中红外非线性光学晶体CdSiP 2 的合成与生长
发布时间：2021-10-10 06:04
本文以P,Si,Cd为原料采用双温区法合成出140 g的高纯CdSiP2多晶料锭,分别采用自发形核和施加籽晶的垂直Bridgman法生长出■12 mm×40 mm和■15 mm×50 mm优质CdSiP2单晶体。所生长的晶体中无宏观散射颗粒,（004）面的单晶摇摆曲线的半峰宽为40″。透过光谱表明CdSiP2晶体在2～6.5μm的透过率达到57%,接近其理论最大值。辉光放电质谱检测到晶体中含有少量的Fe、Cr、Mn、Ti等过渡金属。电子顺磁共振波谱检测到Fe+和Mn2+的存在,这些杂质可能会引起晶体在近红外波段的光学吸收。
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
室温下和2 K时磁场沿CdSiP2晶体<001>方向的EPR图谱
P、Cd、Si三种单质元素反应时,Cd与P在～500 ℃时即发生反应,生成Cd3P2。随着温度的升高,到600～780 ℃时,体系内P的压力增加,Cd3P2不断与游离的P反应,进一步生成CdP2。1 000 ℃以上时,CdP2开始与单质Si反应生成CdSiP2[20]。与上述反应过程类似,双温区法合成CdSiP2也包括二元磷镉化合物的形成,以及磷镉化合物与Si进一步反应生成CdSiP2两个阶段。低温区520 ℃,高温区650 ℃时,低温区的P单质开始挥发,传输到高温区与PBN舟的Cd反应,生成磷镉二元化合物。二化磷镉化合物的形成,降低了管内的P蒸气压,确保石英管能安全升到高温。此阶段反应结束后,低温区和高温区同时升温到～1 100 ℃,在此过程中,磷镉化合物(主要为CdP2)与单质Si在PBN坩埚中反应,生成CdSiP2。反应升温过程中会在梯度区生成CdP2等二元化合物,最终将低温区的温度升到1 170 ℃(高于高温区的1 160 ℃),可以促使CdP2气化返回高温区继续反应,有效避免PBN舟内合成产物偏离化学计量比。通过双温区气相输运工艺的反复优化,实现了单炉合成140 g的结晶质量较好的CdSiP2多晶料(如图1所示),并有效地避免了爆管现象发生。与之前单温区相比,合成周期由14 d缩短到7 d以内,大大提高了CdSiP2多晶合成效率。采用自发成核的方法生长CdSiP2晶体,通过探索与优化工艺条件成功生长出直径?12 mm×40 mm的CdSiP2晶体(如图2(a)所示)。将自发形核生长的晶体加工出直径4 mm、长20 mm的籽晶,采用与自发形核生长相似的工艺参数,生长出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶体(如图2(b)所示)。籽晶法生长CdSiP2晶体时,需要特别注意的是,升温过程中严格控制籽晶底部的温度,使籽晶顶端部分熔化,实现籽晶的熔接。图3为籽晶法生长的单晶摇摆曲线,可以看出摇摆曲线无劈裂峰,晶体(004)面的半峰宽为40″,表明晶体的单晶性良好。
采用自发成核的方法生长CdSiP2晶体,通过探索与优化工艺条件成功生长出直径?12 mm×40 mm的CdSiP2晶体(如图2(a)所示)。将自发形核生长的晶体加工出直径4 mm、长20 mm的籽晶,采用与自发形核生长相似的工艺参数,生长出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶体(如图2(b)所示)。籽晶法生长CdSiP2晶体时,需要特别注意的是,升温过程中严格控制籽晶底部的温度,使籽晶顶端部分熔化,实现籽晶的熔接。图3为籽晶法生长的单晶摇摆曲线,可以看出摇摆曲线无劈裂峰,晶体(004)面的半峰宽为40″,表明晶体的单晶性良好。对CdSiP2晶体的透过光谱进行表征(如图4所示),CdSiP2晶体透过范围为0.5～10 μm,在2～6.5 μm波段的平均透过率达到57%,接近理论最大值。CdSiP2晶体的吸收系数可由公式:
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型可实用化红外非线性光学晶体研究进展[J]. 李春霄,郭扬武,李壮,姚吉勇,吴以成. 人工晶体学报. 2019(10)
[2]8～12μm长波红外非线性晶体研究进展[J]. 王振友,吴海信. 人工晶体学报. 2019(01)
[3]中远红外非线性光学晶体研究进展[J]. 贾宁,王善朋,陶绪堂. 物理学报. 2018(24)
[4]中远红外及太赫兹波段非线性晶体硒化镓[J]. 杨春晖,马天慧,朱崇强,雷作涛. 硅酸盐学报. 2017(10)
[5]水平梯度冷凝法生长优质ZnGeP2单晶与性能表征[J]. 康彬,窦云巍,唐明静,袁泽锐,方攀,张羽,陈莹,尹文龙. 硅酸盐学报. 2016(04)
[6]CdSiP2晶体中光散射颗粒的研究[J]. 张国栋,李春龙,王善朋,张翔,张西霞,陶绪堂. 无机材料学报. 2014(08)
[7]红外非线性光学晶体研究进展[J]. 张国栋,王善朋,陶绪堂. 人工晶体学报. 2012(S1)
本文编号：3427799
【文章来源】：人工晶体学报. 2020,49(08)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
室温下和2 K时磁场沿CdSiP2晶体<001>方向的EPR图谱
P、Cd、Si三种单质元素反应时,Cd与P在～500 ℃时即发生反应,生成Cd3P2。随着温度的升高,到600～780 ℃时,体系内P的压力增加,Cd3P2不断与游离的P反应,进一步生成CdP2。1 000 ℃以上时,CdP2开始与单质Si反应生成CdSiP2[20]。与上述反应过程类似,双温区法合成CdSiP2也包括二元磷镉化合物的形成,以及磷镉化合物与Si进一步反应生成CdSiP2两个阶段。低温区520 ℃,高温区650 ℃时,低温区的P单质开始挥发,传输到高温区与PBN舟的Cd反应,生成磷镉二元化合物。二化磷镉化合物的形成,降低了管内的P蒸气压,确保石英管能安全升到高温。此阶段反应结束后,低温区和高温区同时升温到～1 100 ℃,在此过程中,磷镉化合物(主要为CdP2)与单质Si在PBN坩埚中反应,生成CdSiP2。反应升温过程中会在梯度区生成CdP2等二元化合物,最终将低温区的温度升到1 170 ℃(高于高温区的1 160 ℃),可以促使CdP2气化返回高温区继续反应,有效避免PBN舟内合成产物偏离化学计量比。通过双温区气相输运工艺的反复优化,实现了单炉合成140 g的结晶质量较好的CdSiP2多晶料(如图1所示),并有效地避免了爆管现象发生。与之前单温区相比,合成周期由14 d缩短到7 d以内,大大提高了CdSiP2多晶合成效率。采用自发成核的方法生长CdSiP2晶体,通过探索与优化工艺条件成功生长出直径?12 mm×40 mm的CdSiP2晶体(如图2(a)所示)。将自发形核生长的晶体加工出直径4 mm、长20 mm的籽晶,采用与自发形核生长相似的工艺参数,生长出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶体(如图2(b)所示)。籽晶法生长CdSiP2晶体时,需要特别注意的是,升温过程中严格控制籽晶底部的温度,使籽晶顶端部分熔化,实现籽晶的熔接。图3为籽晶法生长的单晶摇摆曲线,可以看出摇摆曲线无劈裂峰,晶体(004)面的半峰宽为40″,表明晶体的单晶性良好。
采用自发成核的方法生长CdSiP2晶体,通过探索与优化工艺条件成功生长出直径?12 mm×40 mm的CdSiP2晶体(如图2(a)所示)。将自发形核生长的晶体加工出直径4 mm、长20 mm的籽晶,采用与自发形核生长相似的工艺参数,生长出?15 mm×50 mm的CdSiP2晶体(如图2(b)所示)。籽晶法生长CdSiP2晶体时,需要特别注意的是,升温过程中严格控制籽晶底部的温度,使籽晶顶端部分熔化,实现籽晶的熔接。图3为籽晶法生长的单晶摇摆曲线,可以看出摇摆曲线无劈裂峰,晶体(004)面的半峰宽为40″,表明晶体的单晶性良好。对CdSiP2晶体的透过光谱进行表征(如图4所示),CdSiP2晶体透过范围为0.5～10 μm,在2～6.5 μm波段的平均透过率达到57%,接近理论最大值。CdSiP2晶体的吸收系数可由公式:
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型可实用化红外非线性光学晶体研究进展[J]. 李春霄,郭扬武,李壮,姚吉勇,吴以成. 人工晶体学报. 2019(10)
[2]8～12μm长波红外非线性晶体研究进展[J]. 王振友,吴海信. 人工晶体学报. 2019(01)
[3]中远红外非线性光学晶体研究进展[J]. 贾宁,王善朋,陶绪堂. 物理学报. 2018(24)
[4]中远红外及太赫兹波段非线性晶体硒化镓[J]. 杨春晖,马天慧,朱崇强,雷作涛. 硅酸盐学报. 2017(10)
[5]水平梯度冷凝法生长优质ZnGeP2单晶与性能表征[J]. 康彬,窦云巍,唐明静,袁泽锐,方攀,张羽,陈莹,尹文龙. 硅酸盐学报. 2016(04)
[6]CdSiP2晶体中光散射颗粒的研究[J]. 张国栋,李春龙,王善朋,张翔,张西霞,陶绪堂. 无机材料学报. 2014(08)
[7]红外非线性光学晶体研究进展[J]. 张国栋,王善朋,陶绪堂. 人工晶体学报. 2012(S1)
本文编号：3427799
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