钽酸镁晶体生长及性能研究

发布时间：2017-09-18 15:17

  本文关键词：钽酸镁晶体生长及性能研究

  更多相关文章： 单晶生长 光学浮区法 MgTa_2O_6 Mg_4Ta_2O_9 拉曼 能带结构

【摘要】：晶体因为其内部的长程有序性,在科学研究和科技创新有着重要的地位。然而自然界中以单晶形式存在的物质少之又少,无法满足现在科研和生产的需求,为了弥补这一不足,对物理本质和科技发展提供更加宽阔的途径,人工晶体成为了众多科研人员所希冀的方法。在众多晶体生长的方法中,后进的光学浮区法,以其独有的仅受材料本身能带结构限制,无坩埚,无污染,无应力残余,生长快速,高效清洁等特点成为了生长高熔点氧化物、生长反应剧烈和杂质分布要求高等材料的首选。在光学浮区法问世的几十年中,大量的高质量的晶体通过这种方法被成功生长出来,例如半导体硅单晶,BaTiO3-GaTiO3压电晶体,MgTiO3磁电晶体等。随着微波通讯,现代移动电话,电子通讯的迅猛发展,在通讯体统中扮演重要角色的高频介电材料得到了科研工作这和科技产业厂商的大力关注。如何获得高质量高效率的微波介电材料,成为了一时研究的热点。而钽酸镁MgTa2O6具有良好的介电性能(Q×F=59600, ε=30.3, τf=30ppm/℃)成为了有力的后补者。并且由于其适合的能带结构和层状结构使得其在光解水催化上有着优异的表现。但测试样品多为多晶,受晶界影响和杂质能级影响,其本征性质并未被发掘出来。本文使用光学浮区法成功生长了MgTa2O6晶体,单晶尺寸为毫米级无色透明。首次对单晶MgTa2O6材料的紫外可见吸收谱进行了研究,发现MgTa2O6材料为间接跃迁半导体,对应的能带宽度为3.86eV。光解水过程所利用的是其直接跃迁过程,对应禁带宽度4.29eV。作者首次进行了MgTa2O6材料的偏振拉曼光谱的测量和分析,MgTa2O6的偏振拉曼谱绝大部分符合拉曼张量理论；也对MgTa2O6进行了变温拉曼谱研究,证明在变温范围(-184℃-505℃)内,MgTa2O6结构稳定,从低到高升温时,峰位移动,峰宽化,峰强度降低的主要影响为声子间非谐相互作用。首次对本组已经生长的刚玉结构Mg4Ta2O9进行了变温拉曼研究。在升温过程中,拉曼峰逐渐蓝移,宽化,强度降低。刚玉结构Mg4Ta2O9的拉曼峰随着温度升高,从起初的十六支拉曼峰由于峰宽化交叠最终剩余十二支拉曼峰。温致拉曼峰变化符合Wallace理论所指出的规律,拉曼峰位温致移动的原因为声子间非谐相互作用所致,而峰宽化亦是由声子间非谐相互作用引发的。在整个变温区间内(84K-840K)间没有新峰出现,Mg4Ta2O9呈现良好的热稳定性。通过以上研究,了解了光学浮区法生长晶体的生长技术,为进一步对其他晶体的生长奠定了基础。对MgTa2O6晶体和Mg4Ta2O9晶体基本性质的研究为其进一步的应用提供了有价值的实验数据。
【关键词】：单晶生长 光学浮区法 MgTa_2O_6 Mg_4Ta_2O_9 拉曼 能带结构
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O782
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 晶体生长的意义10-13
• 1.2 晶体生长方法简介13-18
• 1.3 钽酸镁的研究现状18-19
• 1.4 钽酸镁的生长意义19-22
• 1.5 本论文的设想和意义22-24
• 第二章 浮区法生长晶体的原理和仪器24-54
• 2.1 光学浮区法晶体生长的基本原理24-34
• 2.1.1 相图24-27
• 2.1.2 凝固27-34
• 2.2 光学浮区炉和一般性试验操作34-54
• 2.2.1 光学浮区法晶体生长的发展35-38
• 2.2.2 FZ-T-10000-H-VI-VP型单晶炉38-42
• 2.2.3 光学浮区法生长晶体的一般过程42-54
• 第三章 钽酸镁MgTa_2O_6晶体生长54-74
• 3.1 引言54-57
• 3.2 晶体生长57-66
• 3.2.1 初始原料57
• 3.2.2 实验设备57-58
• 3.2.3 实验过程58-66
• 3.3 晶体表征66-71
• 3.3.1 粉末XRD相表征66-68
• 3.3.2 Raman光谱表征68-71
• 3.4 小结71-74
• 第四章 钽酸镁MgTa_2O_6晶体能带研究74-90
• 4.1 引言74-76
• 4.2 吸收过程76-81
• 4.3 钽酸镁晶体紫外可见吸收光谱81-85
• 4.4 禁带宽度85-88
• 4.5 本章小结88-90
• 第五章 钽酸镁MgTa_2O_6单晶的偏振拉曼和变温拉曼光谱研究90-114
• 5.1 引言90-92
• 5.2 实验部分92-93
• 5.2.1 实验设备92
• 5.2.2 实验过程92-93
• 5.3 偏振拉曼光谱研究93-96
• 5.4 MgTa_2O_6晶体变温拉曼96-105
• 5.5 Mg_4Ta_2O_9单晶变温拉曼光谱研究105-112
• 5.6 小结112-114
• 第六章 结论和展望114-118
• 6.1 结论114-115
• 6.2 展望115-118
• 参考文献118-122
• 攻读硕士学位期间发表的论文122-124
• 致谢124

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本文编号：876277