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Numerical analysis of solid–liquid interface shape during largesize single crystalline silicon with Czochralski method 被引量:6
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作者 Ran Teng Qing Chang +3 位作者 Yang Li Bin Cui Qing-Hua Xiao Guo-Hu Zhang 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第4期289-294,共6页
Numerical analysis is an effective tool to research the industrial Czochralski (CZ) crystal growth aiming to improve crystal quality and reduce manufactur- ing costs. In this study, a set of global simulations were ... Numerical analysis is an effective tool to research the industrial Czochralski (CZ) crystal growth aiming to improve crystal quality and reduce manufactur- ing costs. In this study, a set of global simulations were carried out to investigate the effect of crystal-crucible rotation and pulling rate on melt convection and solid- liquid (SL) interface shape. Through analyses of the sim- ulation data, it is found that the interface deformation and inherent stress increase during the crystal growth process. The interface deflection increases from 7.4 to 51.3 mm with an increase in crystal size from 150 to 400 mm. In addition, the SL interface shape and flow pattern are sen- sitive to pulling rate and rotation rate. Reducing pulling rate can flat SL interface shape and add energy-consuming. Interface with low deflection can be achieved by adopting certain combination of crystal and crucible rotation rates. The effect of crystal rotation on SL interface shape is less significant at higher crucible rotation rates. 展开更多
关键词 czochralski method Numerical analysis Pullrate Crucible rotation Crystal rotation Solid/liquidinterface shape
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Structure and Optical Properties of ZnO Thin Films Prepared by the Czochralski Method
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作者 MA Zhanhong REN Fengzhang YANG Zhouya 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2022年第5期823-828,共6页
The zinc oxide seed film was coated on conductive glass (FTO) substrate by the Czochralski method,Zinc acetate and hexamethylenetetramine were used as raw materials to prepare growth solution,and then ZnO film was pre... The zinc oxide seed film was coated on conductive glass (FTO) substrate by the Czochralski method,Zinc acetate and hexamethylenetetramine were used as raw materials to prepare growth solution,and then ZnO film was prepared by a low-temperature solution method.The effects of annealing temperature on the morphology,structure,stress and optical properties of ZnO films were studied.The thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM),UV-visible absorption spectra (UV-vis),photoluminescence (PL) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).The results show that the films are ZnO nanorods.With the increase of annealing temperature,the diameter of the rod increases,and the nanorods tend to be oriented.The band gap of the sample obtained from the light absorption spectra first increases and then decreases with the increase of annealing temperature.When the annealing temperature is 350 ℃,the crystallinity of zinc oxide film is the highest,the band gap is close to the theoretical value of pure ZnO. 展开更多
关键词 czochralski method ZnO film annealing temperature optical properties MICRO-MORPHOLOGY internal stress
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Study Coefficient and Optical Application of KCI Single Crystal with Sn Impurity Growth on Czochralski Method under Visible Radiation
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作者 Feridoun Samavat Ebrahim Haji Ali Somayeh Solgi 《材料科学与工程(中英文A版)》 2012年第12期799-802,共4页
关键词 可见光辐射 光学系数 杂质 SN 提拉法 系数和 晶体生长 单晶
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Er^(3+)/Yb^(3+)双掺ScLuSi_(2)O_(7)混晶:高性能1.55μm波段激光晶体的构建及性能研究
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作者 龚兴红 陈雨金 +2 位作者 黄建华 林炎富 黄艺东 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第10期1796-1810,共15页
人眼安全1.55μm波段激光在光通信、激光雷达等领域具有重要应用。本研究采用理论模拟与实验相结合的方法,对1.55μm激光晶体Er∶Yb∶ScLuSi_(2)O_(7)的构建及性能进行了深入研究。首先,对ScLuSi_(2)O_(7)晶体的光学、力学和热学性能进... 人眼安全1.55μm波段激光在光通信、激光雷达等领域具有重要应用。本研究采用理论模拟与实验相结合的方法,对1.55μm激光晶体Er∶Yb∶ScLuSi_(2)O_(7)的构建及性能进行了深入研究。首先,对ScLuSi_(2)O_(7)晶体的光学、力学和热学性能进行理论模拟,分析其结构组成与性能的关系。计算得到ScLuSi_(2)O_(7)晶体折射率温度系数为4.11×10^(-6) K^(-1)。同时,计算了ScLuSi_(2)O_(7)晶体的弹性刚度系数,并基于Voigt-Reuss-Hill近似,得到了该晶体的热力学参数,包括德拜温度(约为554 K)、比热容(0.61 J·g^(-1)·K^(-1)@300 K)和平均热导率(8.6 W m^(-1)·K^(-1)@300 K)。在实验部分,通过提拉法生长Er∶Yb∶ScLuSi_(2)O_(7)单晶,并研究其作为1.55μm激光增益介质的光谱特性。采用975.4 nm激光二极管对该晶体进行端面泵浦,获得最高功率为1.06 W和斜率效率为13.53%的1.55μm波段连续激光输出。 展开更多
关键词 Er∶Yb∶ScLuSi_(2)O_(7) 激光晶体 理论模拟 热力学参数 提拉法 1.55µm波段激光
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低位错6英寸锑化镓单晶生长与性能研究
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作者 杨文文 卢伟 +7 位作者 谢辉 刘刚 吕鑫雨 摆易寒 李晨慧 潘教青 赵有文 沈桂英 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第5期784-792,共9页
锑化镓因其优越的物理特性和重要的应用价值而受到广泛关注。研究团队采用液封直拉法成功生长出国内首根6英寸n型掺Te锑化镓单晶锭,加工制备出高质量6英寸(1英寸=2.54 cm)锑化镓单晶衬底,并对晶体结晶质量和晶片表面性质进行了研究。测... 锑化镓因其优越的物理特性和重要的应用价值而受到广泛关注。研究团队采用液封直拉法成功生长出国内首根6英寸n型掺Te锑化镓单晶锭,加工制备出高质量6英寸(1英寸=2.54 cm)锑化镓单晶衬底,并对晶体结晶质量和晶片表面性质进行了研究。测试结果表明,锑化镓衬底(400)面摇摆曲线半峰全宽仅为20″,平均位错密度约为3 177 cm^(-2),表面粗糙度Rq为0.42 nm,氧化层厚度为2.92 nm,显示出6英寸锑化镓单晶具有较高的结晶质量和优良的表面形貌。此外,通过对6英寸锑化镓单晶生长过程进行数值模拟计算,获得了其热场分布、流场分布和固液界面偏转情况。这些研究成果为锑化镓材料的高质量生长提供了新的思路,并为大尺寸晶体的产业化应用提供了坚实基础。 展开更多
关键词 6英寸 锑化镓 液封直拉法 位错密度 数值模拟 热场分布 氧化层厚度 粗糙度
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Yb^(3+)∶Ca_(3)Li_(0.275)Nb_(1.775)Ga_(2.95)O_(12)晶体的生长、光谱特性及飞秒激光性能研究
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作者 李谞泓 朱昭捷 +2 位作者 黄一枝 涂朝阳 王燕 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第10期1836-1843,共8页
采用提拉法成功生长了一系列不同掺杂浓度的Yb^(3+)∶Ca_(3)Li_(0.275)Nb_(1.775)Ga_(2.95)O_(12)(Yb^(3+)∶CLNGG)激光晶体,并对其结构、光谱和激光性能进行了系统研究。X射线衍射结果表明,晶体衍射峰与标准卡特征峰一致,未发现杂相生... 采用提拉法成功生长了一系列不同掺杂浓度的Yb^(3+)∶Ca_(3)Li_(0.275)Nb_(1.775)Ga_(2.95)O_(12)(Yb^(3+)∶CLNGG)激光晶体,并对其结构、光谱和激光性能进行了系统研究。X射线衍射结果表明,晶体衍射峰与标准卡特征峰一致,未发现杂相生成。吸收光谱和发射光谱分析显示,Yb^(3+)∶CLNGG晶体在近红外区具有宽吸收带和发射带,10%Yb^(3+)∶CLNGG吸收半峰全宽可达37 nm,发射带宽达40 nm,5%Yb^(3+)∶CLNGG发射截面最大可达1.398×10^(-20) cm^(2),荧光寿命随掺杂浓度升高而增长,10%Yb^(3+)∶CLNGG晶体在室温下寿命超过1 ms。低温发射光谱中观察到多个Stark分裂峰,反映出Yb^(3+)所处晶体场的非等效多中心环境,表明其发光行为具有明显的协同特征。在Kerr锁模条件下,10%Yb^(3+)∶CLNGG晶体实现了中心波长为1058 nm、脉宽为67 fs、带宽为17.7 nm、平均功率35 mW、峰值功率约6.87 kW的稳定飞秒激光输出,展现出良好的锁模稳定性和宽带增益特性。综合光谱与激光实验结果表明,Yb^(3+)∶CLNGG晶体在超快激光和宽带调谐激光器领域具有显著应用潜力。 展开更多
关键词 Yb^(3+)∶CLNGG晶体 提拉法 光谱性能 飞秒激光 激光增益介质
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大尺寸Yb∶CALGO晶体的生长工艺研究
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作者 刘小虎 朱昭捷 +1 位作者 涂朝阳 王燕 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第10期1858-1866,共9页
本文从固相反应温度、晶转速率、生长速率及降温速率几个方面,探索分析了采用提拉法生长大尺寸Yb∶CALGO晶体的工艺。通过对比不同温度下烧结反应后的多晶料XRD图谱发现,原料在1350℃可以充分反应,根据所生长晶体的开裂截面形貌与晶体... 本文从固相反应温度、晶转速率、生长速率及降温速率几个方面,探索分析了采用提拉法生长大尺寸Yb∶CALGO晶体的工艺。通过对比不同温度下烧结反应后的多晶料XRD图谱发现,原料在1350℃可以充分反应,根据所生长晶体的开裂截面形貌与晶体表面光滑度来优化晶转速率和生长速率,通过变温拉曼光谱分析降温速率导致开裂的成因,结合不同降温速率获得了不同方向的晶面应力分布图,发现对于沿着c轴生长的Yb∶CALGO晶体来说,降温速率过快更容易导致(001)面的热应力积累,这也是导致晶体在退火过程中开裂的主要诱因。采用多种手段优化晶体生长工艺后,实现了ϕ50 mm×110 mm Yb∶CALGO晶体的稳定生长,晶体具有较低的散射损耗(0.001796 cm^(-1))和较高的光学均匀性(4.21×10^(-5)),可以实现多种尺寸和形状的晶体元件加工,为进一步研制Yb∶CALGO板条激光器和超快激光器提供技术支撑。 展开更多
关键词 Yb∶CALGO 大尺寸晶体 生长工艺 激光晶体 提拉法 光学质量
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Yb^(3+)掺杂Ca(Y,Gd)AlO_(4)混晶的生长、光谱和激光性能研究
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作者 吴闻杰 谭俊成 +4 位作者 张雅馨 李真 吕启涛 张沛雄 陈振强 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第10期1780-1786,共7页
结构无序晶体因局域环境多样性导致的非均匀光谱展宽特性受到广泛关注,有望在超快激光领域获得应用。本文采用提拉法生长了Yb^(3+)掺杂浓度为10%(原子数分数)的Yb∶CaY_(0.8)Gd_(0.2)AlO_(4)(CYGA)晶体,研究了Yb∶CYGA晶体的偏振光学性... 结构无序晶体因局域环境多样性导致的非均匀光谱展宽特性受到广泛关注,有望在超快激光领域获得应用。本文采用提拉法生长了Yb^(3+)掺杂浓度为10%(原子数分数)的Yb∶CaY_(0.8)Gd_(0.2)AlO_(4)(CYGA)晶体,研究了Yb∶CYGA晶体的偏振光学性能及激光特性,测试了室温下晶体样品的偏振吸收光谱,以及偏振发射光谱和荧光衰减曲线。由于CYGA混晶的强无序性,Yb∶CYGA晶体光谱得到了非均匀展宽,在π偏振方向上吸收光谱半峰全宽达到25.0 nm并且发射光谱半峰全宽达到92.2 nm,同时也在10%(原子数分数)的高掺杂浓度时荧光寿命长达1.04 ms。在短腔及V腔中均实现了~1.05μm的连续稳定激光输出。其中,短腔中最大激光输出功率为4.400 W,而在V腔中利用双折射滤光片(BF)实现了调谐范围为23 nm的可调谐激光输出。 展开更多
关键词 Yb∶CYGA 提拉法 混晶 结构无序晶体 光谱性能 激光晶体 光谱展宽
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Yb:K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2)晶体生长及物性评价研究
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作者 张传成 任浩 +5 位作者 王苗苗 刘龙超 邹勇 刘海莲 刘文鹏 丁守军 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期148-156,共9页
本文采用提拉法生长出Yb^(3+)掺杂(原子数分数为5%)钼酸钆钠钾激光晶体K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2),表征了晶体的结构,使用排水法获得了晶体的密度,测试了晶体的硬度、比热、热扩散系数以及热导率等物理特性,并提出了一种简单有效... 本文采用提拉法生长出Yb^(3+)掺杂(原子数分数为5%)钼酸钆钠钾激光晶体K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2),表征了晶体的结构,使用排水法获得了晶体的密度,测试了晶体的硬度、比热、热扩散系数以及热导率等物理特性,并提出了一种简单有效的比热和热扩散系数理论拟合方法,拟合结果与实验结果吻合良好。研究表明:钼酸钆钠钾激光晶体属于四方晶系,具有白钨矿结构特征,晶体的实验密度和理论密度分别为5.3792 g/cm^(3)和5.3460 g/cm^(3);晶体b轴方向的维氏硬度为251.5 kg/mm^(2);随着温度的升高,晶体的热导率从300 K时的1.03 W⋅m^(-1)⋅K^(-1)下降到400 K时的0.91 W⋅m^(-1)⋅K^(-1);该晶体在300 K温度下的比热接近0.62 J⋅g^(-1)⋅K^(-1),表明晶体具有较高的热损伤阈值;在970 nm InGaAs激光二极管激发下,晶体的最强发射峰位于1023 nm处,发射带宽达到了43 nm,表明该晶体有望应用于宽带可调谐和超短脉冲激光领域。对该晶体的机械、热力学性能和光谱性能的研究可以为该晶体的激光性能研究提供重要的参考。 展开更多
关键词 光学材料 K_(0.1)Na_(0.9)Gd(MoO_(4))_(2) 提拉法 热导率 维氏硬度
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直拉法单晶硅生长的氧含量控制研究
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作者 李建铖 钟泽琪 +4 位作者 王军磊 李早阳 文勇 王磊 刘立军 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第9期1525-1533,共9页
直拉法生长的单晶硅是制备N型高效太阳能电池的原材料,晶体中的氧含量直接关系到太阳能电池的效率和稳定性。通过改变单晶硅生长过程中的坩埚壁面温度分布减少氧溶解是降低晶体中氧含量的重要方法。本文提出了三种改变坩埚壁面温度分布... 直拉法生长的单晶硅是制备N型高效太阳能电池的原材料,晶体中的氧含量直接关系到太阳能电池的效率和稳定性。通过改变单晶硅生长过程中的坩埚壁面温度分布减少氧溶解是降低晶体中氧含量的重要方法。本文提出了三种改变坩埚壁面温度分布的加热器结构方案,并通过数值模拟研究了其对温度分布、熔体流动、结晶界面形状和氧杂质输运的影响规律。研究结果表明:采用长侧部加热器方案时,坩埚壁面温度呈现先增后减的分布趋势,其结晶界面挠度和氧含量较高;采用短侧部加热器方案和隔热环方案时,坩埚壁面温度呈现单调递增的分布趋势,其结晶界面挠度和氧含量较低,这与不同方案下的温度分布、熔体流动及氧杂质在坩埚壁面的溶解和在熔体中的输运特性密切相关;进一步总结提出了一套完整的氧输运分析方法,即通过绘制氧在熔体内部的输运路径,明确结晶界面处氧的准确来源及输运过程,为降低单晶硅内部的氧含量提供了理论依据和方法支撑。 展开更多
关键词 太阳能用单晶硅 直拉法 热质输运 结晶界面 氧杂质 数值模拟
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三方对称高温相偏硼酸钡晶体的生长和性能研究
11
作者 黄溢声 刘乐辉 +3 位作者 张莉珍 林州斌 罗兴木 陈伟 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第10期1844-1848,共5页
高温相α-BBO晶体是一种理想的紫外双折射晶体,但晶体生长过程中容易存在残余应力而导致加工开裂现象。本文在晶体生长形貌及生长习性理论指导下,使用提拉法并采用合适的晶体生长工艺生长得到ϕ80 mm×50 mm质量优异完整不开裂的α-... 高温相α-BBO晶体是一种理想的紫外双折射晶体,但晶体生长过程中容易存在残余应力而导致加工开裂现象。本文在晶体生长形貌及生长习性理论指导下,使用提拉法并采用合适的晶体生长工艺生长得到ϕ80 mm×50 mm质量优异完整不开裂的α-BBO晶体。α-BBO晶体呈现三方对称,晶体沿c轴等径方向显露出α相的三方锥面{1102}和六方柱面{1120},这样能够保持α相稳定至室温从而解决α-BBO晶体开裂的难题,而且晶面的存在能够大幅度消除晶体内部残余热应力。研究结果表明,生长的α-BBO晶体在200~2200 nm具有高透过性及优异的晶体质量,在紫外高功率偏振激光器件中具有重要应用价值。 展开更多
关键词 α-BBO晶体 晶体形貌 提拉法生长 双折射晶体 硼酸盐 光学材料
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提拉法生长Ca(BO_(2))_(2)晶体的包裹体缺陷研究
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作者 黎诗锋 杨金凤 +4 位作者 黄云棋 张博 刘子琦 孙军 潘世烈 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第9期1501-1508,共8页
偏硼酸钙(Ca(BO_(2))_(2))晶体的紫外透过截止边短,紫外波段透过率高,且具有较大的双折射率,是一种具有巨大发展潜力和广阔应用前景的深紫外双折射晶体,但目前生长的晶体易产生包裹体缺陷,严重影响其应用。本文采用提拉法生长Ca(BO_(2))... 偏硼酸钙(Ca(BO_(2))_(2))晶体的紫外透过截止边短,紫外波段透过率高,且具有较大的双折射率,是一种具有巨大发展潜力和广阔应用前景的深紫外双折射晶体,但目前生长的晶体易产生包裹体缺陷,严重影响其应用。本文采用提拉法生长Ca(BO_(2))_(2)晶体并制备测试样品,利用偏光显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱等手段对包裹体的形貌、尺寸、分布和成分进行检测,结合晶体生长的过程,分析了包裹体的形成机制,并提出了其消除策略。研究表明,Ca(BO_(2))_(2)晶体中的包裹体为气相包裹体,来源于熔体中溶解的气体分子,在晶体中以“球形”、“线状”与“蝌蚪状”形貌出现;其形成是由晶体生长速率和气泡扩散速率共同决定,通过对熔体进行过热处理、提高生长界面的温度梯度、降低生长速率、提高晶体生长旋转速度等方式可以完全消除晶体中包裹体缺陷。 展开更多
关键词 Ca(BO_(2))_(2)晶体 提拉法 包裹体 生长速率 温度梯度 溶质边界层
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2英寸Fe掺杂高阻β相氧化镓单晶生长及(010)衬底性质研究
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作者 严宇超 王琤 +5 位作者 陆昌程 刘莹莹 夏宁 金竹 张辉 杨德仁 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第2期197-201,共5页
本文使用直拉法制备了Fe掺杂的大尺寸β相氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶,加工制备了高质量的2英寸(1英寸=2.54 cm)(010)衬底,并对衬底的结晶质量、加工质量与电学性质进行了研究。偏光应力仪下的均匀图像表明该衬底无孪晶、裂纹等宏观缺陷... 本文使用直拉法制备了Fe掺杂的大尺寸β相氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶,加工制备了高质量的2英寸(1英寸=2.54 cm)(010)衬底,并对衬底的结晶质量、加工质量与电学性质进行了研究。偏光应力仪下的均匀图像表明该衬底无孪晶、裂纹等宏观缺陷,宏观结晶质量良好。该衬底的(020)面X射线摇摆曲线半峰全宽(FWHM)的最大值为29.7″,表明具有良好的微观结晶质量。该衬底的表面平均粗糙度(Ra)的最大值为0.240 nm,局部厚度偏差(LTV)低于1.769μm,总厚度偏差(TTV)为5.092μm,翘曲度(Warp)为3.132μm,表明具有良好的衬底加工质量。此外,该衬底约7×10^(11)Ω·cm的高电阻率为微波射频器件的开发提供了基础支撑。 展开更多
关键词 氧化镓 宽禁带半导体 晶体生长 直拉法 单晶衬底 掺杂
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用Czochralski方法生长KMgF_3晶体的研究 被引量:2
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作者 张万松 徐孝镇 +2 位作者 孙为 周广刚 冯金波 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期725-728,共4页
先把KF和MgF2以1∶1摩尔比混合后在Ar气体环境中650℃的恒温下烧结成KMgF3化合物。然后仍在Ar气体环境中用Czochralski方法生长了KMgF3∶Cr2+、KMgF3∶Eu2+、KMgF3∶Sm2+等无色、透明的优质单晶体。并分析了能够成功地生长优质氟化物晶... 先把KF和MgF2以1∶1摩尔比混合后在Ar气体环境中650℃的恒温下烧结成KMgF3化合物。然后仍在Ar气体环境中用Czochralski方法生长了KMgF3∶Cr2+、KMgF3∶Eu2+、KMgF3∶Sm2+等无色、透明的优质单晶体。并分析了能够成功地生长优质氟化物晶体的各个关键环节。 展开更多
关键词 czochralski方法 KMgF3晶体 Ar气体环境
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Experiment and numerical simulation of melt convection and oxygen distribution in 400-mm Czochralski silicon crystal growth 被引量:6
15
作者 Ran Teng Yang Li +3 位作者 Bin Cui Qing Chang Qing-Hua Xiao Guo-Hu Zhang 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第2期134-141,共8页
Single-crystalline silicon materials with large dimensions have been widely used as assemblies in plasma silicon etching machines.However,information about large-diameter low-cost preparation technology has not been s... Single-crystalline silicon materials with large dimensions have been widely used as assemblies in plasma silicon etching machines.However,information about large-diameter low-cost preparation technology has not been sufficiently reported.In this paper,it was focused on the preparation of 400-mm silicon(100) crystal lightly doped with boron from 28-in.hot zones.Resistivity uniformity and oxygen concentration of the silicon crystal were investigated by direct-current(DC) four-point probes method and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR),respectively.The global heat transfer,melt flow and oxygen distribution were calculated by finite element method(FEM).The results show that 28-in.hot zones can replace conventional 32 in.ones to grow 400-mm-diameter silicon single crystals.The change in crucible diameter can save energy,reduce cost and improve efficiency.The trend of oxygen distribution obtained in calculations is in good agreement with experimental values.The present model can well predict the 400-mm-diameter silicon crystal growth and is essential for the optimization of furnace design and process condition. 展开更多
关键词 Silicon crystal preparation Computer simulation czochralski method Heat transfer Melt flow Oxygen distribution
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大尺寸光伏单晶硅制备技术研究进展
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作者 康家铭 黄振玲 +3 位作者 李太 赵亮 周翔 吕国强 《太阳能学报》 北大核心 2025年第3期310-319,共10页
针对现有大尺寸光伏级单晶硅多次装料拉晶技术(RCZ)、炉外加料技术(OCZ)、连续装料拉晶技术(CCZ)等制备技术的研究现状及特点进行归纳总结,对比分析几种光伏单晶硅制备技术在大尺寸、高品质、低成本方面的优势和难点,并结合未来硅料来... 针对现有大尺寸光伏级单晶硅多次装料拉晶技术(RCZ)、炉外加料技术(OCZ)、连续装料拉晶技术(CCZ)等制备技术的研究现状及特点进行归纳总结,对比分析几种光伏单晶硅制备技术在大尺寸、高品质、低成本方面的优势和难点,并结合未来硅料来源分析对光伏单晶硅生长技术的发展做出展望。 展开更多
关键词 单晶硅 硅片 坩埚 太阳电池 直拉法
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大尺寸直拉硅单晶生长的多物理场建模与优化
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作者 林海鑫 高德东 +3 位作者 王珊 张振忠 安燕 张文永 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第1期17-33,共17页
随着光伏和半导体行业的快速发展,制备更大直径(12英寸及以上,1英寸=2.54 cm)的硅单晶成为趋势,直拉法作为硅单晶最主要的制备方法备受重视。然而在制备大直径和高质量的直拉硅单晶的过程中,随着晶体直径和坩埚尺寸的增加,熔体体积显著... 随着光伏和半导体行业的快速发展,制备更大直径(12英寸及以上,1英寸=2.54 cm)的硅单晶成为趋势,直拉法作为硅单晶最主要的制备方法备受重视。然而在制备大直径和高质量的直拉硅单晶的过程中,随着晶体直径和坩埚尺寸的增加,熔体体积显著增加,热场、流场及应力场的复杂性显著提升,涡流、热浮力和科里奥利力的相互作用会造成熔体流动的强烈湍流和速度、温度波动,出现诸如固液界面温度分布不均,熔体内热对流复杂等问题,从而影响硅单晶中的缺陷分布。因此,如何实现对工艺参数的控制,以获得理想的大直径硅晶体具有重要的研究意义。本文针对实际生产的滞后性和成本问题,建立了可以实时预测、动态控制和优化工艺参数的40英寸热场制备18英寸硅单晶棒的二维轴对称全局数值模拟模型,考虑了坩埚深度及热传导路径的延长,在主加热器的基础上,增加底部加热器,采用有限元法逐一分析晶体转速、坩埚转速、气体压强的变化对单晶硅热场和硅晶体生长的影响,包括固液界面形状、温度梯度、V/G值、氧浓度及缺陷分布等。通过多次仿真实验,获得了一组较为合适的工艺参数组合:晶体转速15 r/min、坩埚转速5 r/min、炉内气压1200 Pa,可使固液界面温度梯度较小,且温度分布更加均匀,有效避免了过度湍流化。进一步采用制备18英寸硅单晶棒的验证实验及性能检测发现,采用仿真所得最优工艺参数组合生产的硅单晶棒能将成晶率提升至87.44%。这组针对18英寸硅单晶棒的最佳工艺参数组合(包括晶体转速、坩埚转速及炉内气压等)经过精细优化,主要基于大尺寸(12英寸及以上)直拉硅单晶生长过程中热场和流场的复杂性,对大尺寸硅单晶具有较好的适应性,但在更小尺寸(如4、6或8英寸)的硅单晶生长中,由于热传递和气流扰动的不同,最佳工艺参数组合可以作为参考,但还需要进行具体条件下的验证和调整。本研究建立的数字化模型能够准确预测并优化大尺寸直拉硅单晶的生长过程,提质降本,具有实际应用前景。 展开更多
关键词 硅单晶 直拉法 二维轴对称 有限元法 工艺参数 数值模拟 数字化模型
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Ca^(2+)/Mg^(2+)/Zr^(4+)不同化学计量比掺杂钆镓石榴石的性能
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作者 邵梅方 冯晋阳 +1 位作者 侯田江 马晓 《人工晶体学报》 北大核心 2025年第4期543-552,共10页
掺杂钆镓石榴石(SGGG)晶体是一种用于磁光单晶薄膜液相外延生长的重要衬底材料,结构均一、物性稳定的SGGG晶体是实现磁光单晶薄膜制备的基础。本文采用提拉法生长出4个不同Ca^(2+)/Mg^(2+)/Zr^(4+)化学计量比掺杂的钆镓石榴石晶体。X射... 掺杂钆镓石榴石(SGGG)晶体是一种用于磁光单晶薄膜液相外延生长的重要衬底材料,结构均一、物性稳定的SGGG晶体是实现磁光单晶薄膜制备的基础。本文采用提拉法生长出4个不同Ca^(2+)/Mg^(2+)/Zr^(4+)化学计量比掺杂的钆镓石榴石晶体。X射线摇摆曲线测试表明:上述制备的晶体没有孪晶,结晶度高,半峰全宽(FWHM)分别为2.04′、2.07′、1.85′和1.98′,晶格常数为12.4404~12.4818,位错密度为53~161 cm^(-2);原子力显微镜(AFM)测试晶体(111)面的表面粗糙度为0.123~0.244 nm;晶体的热膨胀系数为8.27×10^(-6)~8.64×10^(-6);晶体在波长500~2500 nm具有良好的透过率。通过调节Ca^(2+)/Mg^(2+)/Zr^(4+)掺杂量制备的SGGG晶体可以满足磁光单晶薄膜外延生长用衬底材料的性能要求。 展开更多
关键词 钆镓石榴石 钙镁锆掺杂 磁光晶体 衬底材料 提拉法
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Determination of Ge content in high concentration Ge-doped Czochralski Si single crystals by FTIR 被引量:1
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作者 JIANG Zhongwei ZHANG Weilian NIU Xinhuan 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2005年第3期226-228,共3页
SiGe single crystals with different Ge concentrations were measured by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy at room temperature (RT) and 10 K. A new peak appears at the wave number of 710 cm^-1 and the s... SiGe single crystals with different Ge concentrations were measured by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy at room temperature (RT) and 10 K. A new peak appears at the wave number of 710 cm^-1 and the spectroscopy becomes clearer with an increase in Ge content. The absorption strength and wave sharp of the 710 cm^-1 peak are independent of temperature. The relation of the absorption coefficient amax, the band width of half maximum (BWHM) Wit2 of the 710 cm^-1 peak, and the Ge concentration is determined with the Ge content obtained by SEM-EDX. The conversion factor is k = 1.211 at 10 K. Therefore, the Ge content in high concentration Ge doped CZ-Si single crystals can be determined by FTIR. 展开更多
关键词 SiGe single crystal Ge content FTIR czochralski method
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磁控直拉法单晶硅熔料阶段氧碳杂质传输仿真研究
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作者 张文永 高德东 +4 位作者 王珊 安燕 吴昊昊 林海鑫 侯霖 《山东化工》 2025年第4期1-5,11,共6页
18 in单晶硅熔料阶段,仅靠调节加热器功率,难以进一步降低硅熔体氧碳杂质含量,致使晶棒头部含氧量和尾部含碳量偏高。基于拉晶工艺参数和环境参数建立晶体生长二维数字化模型,模拟多场耦合下的磁控直拉法单晶炉内氧碳杂质浓度场分布,研... 18 in单晶硅熔料阶段,仅靠调节加热器功率,难以进一步降低硅熔体氧碳杂质含量,致使晶棒头部含氧量和尾部含碳量偏高。基于拉晶工艺参数和环境参数建立晶体生长二维数字化模型,模拟多场耦合下的磁控直拉法单晶炉内氧碳杂质浓度场分布,研究磁场强度、炉压和入口氩气流速三个参数作用下的炉内氧碳杂质传输情况和控制策略。仿真结果表明,外加超导磁场结合调控炉压和入口氩气流速两个气氛参数的控制策略,单晶硅熔料阶段炉内氧碳杂质含量显著降低,为实际生产中的工艺参数调节提供了仿真支撑。 展开更多
关键词 多场耦合 磁控直拉法 氧碳杂质 单晶硅
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