人工晶体 生长技术、性能与应用PDF电子书下载

目录 1

第1章　概述 1

1.1　基本概念与范畴 1

1.2 人工晶体的结构与性能 1

1.2.1　基本结构特点 2

1.2.2 相律 6

1.2.3 相图 7

1.3 人工晶体的地位与作用 13

1.3.1 电子材料与人工晶体 13

1.3.2 光电子材料与人工晶体 13

1.4.2 研制现状 14

1.4.1 简介 14

1.4 人工晶体的发展 14

1.3.4 紫外、深紫外非线性光学晶体 14

1.3.3　光子材料与人工晶体 14

1.4.3 展望 23

1.5 人工晶体的应用 24

1.5.1 产业化的人工晶体 24

1.5.2　具有发展前途的人工晶体 26

第2章　人工晶体的生长 29

2.1　人工晶体生长的过程 29

2.1.1 简介 29

2.1.2 晶核的形成 29

2.1.3 晶体生长过程和形态 31

2.1.5　准理想晶面生长 32

2.1.4　完整晶面生长 32

2.2 晶体生长的热量输运和质量输运 33

2.2.1 热量输运 33

2.2.2 质量输运 37

2.2.3 界面的稳定性和组分过冷 40

2.3　人工晶体生长方法 44

2.3.1 溶液生长 44

2.3.2　熔体生长 59

2.3.3 气相生长 74

2.3.4 固相生长 76

2.4 晶体的缺陷与检测 83

2.4.1 晶体缺陷概述 83

2.4.2 晶体缺陷的观察和检测 87

2.5 我国人工晶体生长设备的发展 91

2.5.1 硅单晶生长设备 91

2.5.2 Ⅲ-V族化合物半导体晶体生长设备 92

2.5.3 激光晶体和非线性光学晶体材料生长设备 93

2.5.4 人工晶体生长设备的展望 94

第3章　激光晶体 96

3.1 简介 96

3.2　掺钕钇铝石榴石——Nd∶Y3Al5O12（Nd∶YAG）激光晶体 96

3.2.1　简介 96

3.2.2　结构与性能 97

3.2.3 晶体的生长 98

3.3.1 简介 99

3.3　掺镱钇铝石榴石——Yb∶Y3Al5O12（Yb∶YAG）激光晶体 99

3.3.2 晶体的制备 100

3.3.3　性能分析 100

3.3.4 应用 102

3.4 掺铒钇铝石榴石——EYAG激光晶体 102

3.4.1 晶体生长 102

3.4.2　性能分析 103

3.4.3　应用 104

3.5　GGG系列激光晶体 105

3.5.1　GGG激光晶体 105

3.5.2　GSGG激光晶体 106

3.5.4　GGG、GSGG系列晶体的生长 107

3.5.3 可调谐的GSGG晶体 107

3.6 掺钕铍酸镧——Nd？+∶La2Be2O5（Nd3+∶BEL）激光晶体 108

3.6.1　简介 108

3.6.2　Nd3+∶BEL晶体生长和结构分析 108

3.6.3　性能分析 109

3.7　掺钕钨酸铋钾——Nd3+∶KGd（WO4）2（Nd∶KGW）激光晶体 110

3.7.1　简介 110

3.7.2　晶体生长 111

3.7.3 激光实验 112

3.7.4 效果 112

3.8　掺钕钨酸铋钠——Nd3+∶NaBi（WO4）2（Nd∶NBW）激光晶体 113

3.8.1 简介 113

3.8.2 晶体的制备 113

3.8.3 性能分析 115

3.9.1 晶体生长 116

3.9.2　性能分析 116

3.9　掺钕氟磷酸锶——Nd∶Sr5（PO4）3F（Nd∶SFAP）激光晶体 116

3.9.3 应用 118

3.10　Nd∶NaY（WO4）2激光晶体 119

3.10.1 简介 119

3.10.2 晶体生长 119

3.10.3　性能分析 119

3.10.4　应用前景 120

3.11.1 简介 121

3.11.2 晶体生长 121

3.11　Nd3+∶Gd0.2Y0.8Al3（BO5）4（GYAB）激光晶体 121

3.11.3　激光性能 123

3.11.4　结果 124

3.12　Nd3+∶Y0.3Gd0.5VO4激光晶体 124

3.12.1　简介 124

3.12.2 晶体的制备 124

3.12.3　性能分析 125

3.12.4　效果 126

3.13　掺镱钨酸钇钠——Yb∶NaY（WO4）2（Yb∶NYW）激光晶体 126

3.13.1　简介 126

3.13.2 晶体制备 127

3.13.3 晶体生长影响因素分析 127

3.14.2 高掺镁LiNbO3晶体的生长 130

3.14.1　简介 130

3.13.4　效果 130

3.14　掺镁铌酸锂激光晶体 130

3.14.3 Mg（5％，摩尔分数）：LiNbO3晶体光学性能测试 131

3.14.4　Mg：LiNbO3晶体抗光折变性能测试 132

3.14.5 Mg（5％，摩尔分数）：LiNbO3晶体激光器件的性能和应用 133

3.15 掺钬硼酸钙氧钆（Ho∶GdCOB）激光晶体 134

3.15.1 简介 134

3.15.2　晶体生长 135

3.15.3　性能分析 135

3.16.1 简介 136

3.16.2 晶体生长 136

3.16　掺铒硼酸钙氧钆（Er∶GdCOB）激光晶体 136

3.15.4　效果 136

3.16.3　性能分析 137

3.16.4　效果 137

3.17　掺镨硼酸钙氧钆（Pr∶GdCOB）激光晶体 138

3.17.1　简介 138

3.17.2　晶体生长 138

3.17.3　性能分析 138

3.17.4　应用 139

3.18　掺镱镨和铽的硼酸钙氧钆激光晶体 139

3.18.1　简介 139

3.18.2 晶体生长 139

3.18.3　性能分析 140

3.19.1　锗酸盐的结构特点 141

3.18.4　应用 141

3.19　锗酸盐激光晶体 141

3.19.2　几种锗酸盐激光晶体 142

3.20　氟化物激光晶体 145

3.20.1 简介 145

3.20.2 晶体性能 145

3.20.3 晶体的制备 147

3.20.4　应用前景 151

3.21　祖母绿激光晶体 152

3.21.1　简介 152

3.21.2　制备方法 152

3.22 固体可调谐激光晶体 154

3.21.3　结构与性能分析 154

3.21.4　应用前景 154

3.22.1　Ti∶Al2O3 155

3.22.2 Ti3+或Cr3+∶BeAl2O4 155

3.22.3　石榴石晶体 156

3.22.4　掺铬镁橄榄（Cr∶Mg2SiO4） 156

3.22.5 Tm∶LiYF4晶体（YLF） 157

3.22.6 Cr3+∶LiCaAlF6/Cr3+∶LiSrAlF6 158

3.23　其他激光晶体 158

3.23.1　Nd∶Ca3（Nb，Ga）2Ga3O12晶体 158

3.23.3 Nd∶LaMgAl11O19晶体 159

3.23.4 Nd∶YVO4和Nd∶GdVO4晶体 159

3.23.2　Nd∶YAlO3晶体 159

3.23.5 Nd∶Ca5（PO4）3F和Nd∶Sr5（VO4）3F晶体 160

3.23.6 Nd∶YLiF4、Nd∶GdLiF4及Nd∶YKF4晶体 160

3.23.7 Nd∶LiNbO3和Nd∶MgO·LiNbO3晶体 161

3.23.8 Nd∶YAl3（BO3）4和Nd∶LaSc3（BO3）4晶体 161

3.24　激光晶体研究方向 162

3.24.1 探索和重新评价适用于激光二极管泵浦的激光晶体 162

3.24.2　可调谐激光晶体 165

3.24.3　新波段激光晶体 167

3.24.4 高功率连续和高平均功率的激光晶体 169

4.1.2 闪烁体的基本特性 171

4.1.1 简介 171

4.1　概述 171

第4章　闪烁晶体 171

4.1.3 闪烁晶体的辐照损伤 173

4.1.4 闪烁晶体的应用 175

4.2 闪烁晶体生长技术 178

4.2.1　提拉法（Czochralski method） 178

4.2.2　下降法（Bridgman-stockbarger method） 179

4.2.3　热交换法（Heat exchange method） 180

4.2.4　浮区法（Floating zone method） 181

4.2.5 区熔法（Zone melting method） 181

4.2.6　泡生法（Kyropoulos method） 181

4.2.7　高温溶液法（High temperature solution method） 181

4.3.2 LSO的晶体结构和闪烁性能 182

4.3 硅酸镥闪烁晶体（Ce∶Lu2SiO3） 182

4.3.1　简介 182

4.3.3　闪烁机理研究 183

4.3.4　晶体生长 185

4.3.5 问题与对策 188

4.3.6　应用前景 189

4.3.7　掺铈硅酸镥 189

4.4　钨酸铅（PWO）闪烁晶体 192

4.4.1　简介 192

4.4.2　PWO晶体的基本性质 192

4.4.3　PWO晶体的发光机制 193

4.4.4　PWO闪烁晶体的基本特性 194

4.4.5　PWO晶体的辐照硬度 195

4.4.6　掺杂效应 196

4.4.7　批量生产的大尺寸PWO晶体闪烁性能的统计分析 197

4.4.8　应用前景 197

4.5　Ln2SiO5闪烁晶体 198

4.5.1　简介 198

4.5.2　晶体结构 198

4.5.3　Ce3+荧光机理 198

4.5.4　晶体生长 199

4.5.5 晶体的闪烁性能及应用 200

4.5.6 有待研究的问题 201

4.6　BGO闪烁晶体 202

4.6.1　简介 202

4.6.2 BGO晶体的基本性能 203

4.6.3 BGO晶体的应用 204

4.6.4 影响BGO性能的主要因素 205

4.7 Ce：Gd2SiO5闪烁晶体 205

4.7.1　简介 205

4.7.2 晶体生长 206

4.7.3　晶体性能 206

4.7.4　应用 206

4.8　NBW闪烁晶体 207

4.8.1　简介 207

4.8.2 制备 207

4.8.3　性能测试与分析 208

4.8.4　效果 209

4.9.2 晶体的制备 210

4.9　Ce：YAG闪烁晶体 210

4.9.1　简介 210

4.9.3　TGT-Ce：YAG闪烁晶体的光谱特性 211

4.9.4　效果 212

第5章　光学晶体、非线性光学晶体与光折变晶体 213

5.1　光学晶体 213

5.1.1　简介 213

5.1.2　碱卤化合物光学晶体 213

5.1.3 金属铊和卤素的化合物光学晶体 216

5.1.4　碱土-卤族化合物光学晶体 217

5.1.5　氧化物光学晶体 218

5.2.1　简介 219

5.2　非线性光学晶体 219

5.2.2 三硼酸锂（LBO）非线性光学晶体 220

5.2.3 硼酸氧钙钆（GdCOB）非线性光学晶体 223

5.2.4　MnHg（SCN）4非线性光学晶体 225

5.2.5　RCOB非线性光学晶体 227

5.3　光折变晶体 229

5.3.1 简介 229

5.3.2 主要光折变晶体的类型与特点 230

5.3.3　铁电氧化物晶体 230

5.3.4 非铁电立方氧化物晶体 233

5.3.5　光折变晶体的制备 235

5.3.6 光折变晶体研究方向 241

6.1.1　简介 243

6.1.2 单晶光纤的特点 243

第6章　单晶光纤 243

6.1　概述 243

6.1.3　单晶纤维的发展 244

6.1.4 单晶光纤的生长方法 245

6.1.5 晶纤在激光技术中的应用 246

6.2　α-Al2O3单晶光纤 248

6.2.1　超细粉末的制备 248

6.2.2　单晶纤维的生长及结果 248

6.2.3 制备过程中的注意事项 249

6.3　氯化钾单晶光纤 250

6.3.1 制备方法 250

6.2.4　效果 250

6.3.2　性能分析 251

6.3.3　效果 252

6.4　AgCl单晶光纤 252

6.4.1 制备方法 252

6.4.2　注意事项 253

6.5 蓝宝石单晶光纤 254

6.5.1 简介 254

6.5.2 蓝宝石单晶光纤的制备 255

6.5.3　性能分析 256

6.6.1 简介 260

6.6.2　光纤制备与色层 260

6.6　铌酸锂单晶光纤 260

6.6.3　晶纤损耗测量 261

第7章　磁光晶体与声光晶体 263

7.1　磁光晶体 263

7.1.1 简介 263

7.1.2　磁光晶体的生长方法 263

7.1.3 磁光晶体的结构与性能 265

7.1.4 激光晶体的实际应用 265

7.2　声光晶体 271

7.2.1　简介 271

7.2.2　PbBr2晶体 272

7.2.3　Hg2Cl2晶体 274

8.1.2 晶体生长 277

8.1.1　简介 277

8.1 蓝宝石晶体 277

第8章　宝石晶体 277

8.1.3 晶体生长工艺 278

8.1.4 蓝宝石晶体的缺陷 287

8.1.5 蓝宝石晶体的质量检验 293

8.2　红宝石晶体 295

8.2.1　简介 295

8.2.2 温梯法生长红宝石晶体 295

8.2.3　水热法生长红宝石晶体 297

8.3　白宝石晶体 299

8.3.1　简介 299

8.3.2　生长方法 299

8.3.3 性能分析 300

8.3.4　效果 301

第9章　压电晶体 302

9.1 简介 302

9.2　硅酸镓镧（La3Ga5SiO14，LGS）压电晶体 302

9.2.1 简介 302

9.2.2　结构与特性分析 303

9.2.3 晶体生长 307

9.2.4　压电性能及SAW应用 309

9.3　Al1-xGaxPO4压电晶体 310

9.3.1 晶体生长 310

9.3.2　性能分析 311

9.4.1 石英压电晶体及其传感器 312

9.3.3　效果 312

9.4　压电晶体的应用 312

9.4.2　压电传感器在溶液化学中的应用 313

9.4.3 电化学石英晶体微天平（EQCM） 315

9.4.4　压电生物传感器 317

9.4.5　新型压电传感器 318

第10章　人造金刚石 320

10.1　简介 320

10.2　人造金刚石的合成技术 320

10.2.1 静压（态）法 320

10.2.2　燃烧焰法 326

10.2.3　人造金刚石合成工艺参数的选择与调整 328

10.2.4　人造金刚石提纯 330

10.3.1　分类 333

10.3　人造金刚石的结构与性能 333

10.3.2 结构特征及其对性能的影响 334

10.3.3　人造金刚石的性能 336

10.4　质量评定 348

10.4.1　简介 348

10.4.2 人造金刚石产品实物质量特性指标 349

10.4.3　人造金刚石产品实物质量评定 350

10.5　人造金刚石的应用 351

10.5.1　在地质钻探中的应用 351

10.5.2　在刀具中的应用 354

11.1.2　单晶生长与质量控制 356

11.1.1　简介 356

11.1 第一代半导体晶体——硅单晶 356

第11章　半导体晶体 356

11.1.3　性能分析 358

11.1.4 硅单晶的应用与技术发展 361

11.2 第二代半导体晶体——砷化镓单晶 361

11.2.1 生长方法 362

11.2.2　砷化镓晶体的特性 365

11.2.3　应用与技术发展 366

11.3 第三代半导体晶体碳化硅与氮化镓晶体 367

11.3.1 简介 367

11.3.2 晶体结构与材料特性 367

11.3.3 晶体的生长 368

11.3.4　器件工艺 371

11.3.5　器件水平及应用 373

11.3.6　发展 375

11.4 晶态氧化物半导体材料（COS） 376

11.4.1 简介 376

11.4.2　COS的材料和结构 377

11.4.3　COS的物理特性 379

11.4.4　应用与展望 380

11.5 硫系非晶态半导体材料 382

11.5.1 简介 382

11.5.2 矢量效应和标量效应 383

11.5.3 硫系非晶态半导体材料的独特结构与特性 386

11.6.1　简介 387

11.5.4　应用展望 387

11.6　低维半导体材料 387

11.6.2　量子点材料 388

11.6.3　量子线材料 389

11.6.4　量子阱材料 391

第12章　纳米晶体 392

12.1　简介 392

12.1.1　分类 392

12.1.2　制备技术 392

12.1.3　应用 393

12.2　结构与特性 393

12.2.1　结构 393

12.2.2　性能特性 396

12.2.3　纳米晶体的评价技术 405

12.2.4 纳米晶体结构与性能的模拟研究 409

12.3　钛酸钡（BaTiO3）纳米晶体 413

12.3.1　简介 413

12.3.2　制备方法 413

12.3.3　性能 414

12.3.4　效果 416

12.4　锂铁氧体纳米晶体 416

12.4.1　简介 416

12.4.2　制备方法 416

12.4.3　形貌尺寸与磁性能 416

12.5.2　制备方法 418

12.5　铁酸钴（CoFe2O4）纳米晶体 418

12.5.1　简介 418

12.5.3　性能分析 419

12.5.4　效果 419

12.6　SnO2与ZnO纳米晶体 419

12.6.1 简介 419

12.6.2　样品 420

12.6.3　性能分析 420

12.6.4　效果 421

12.7.2 晶体生长 422

12.7.3　性能分析 422

12.7.1 简介 422

12.7　CdS0.1Se0.9纳米晶体 422

12.8 纳米晶体化学太阳电池 423

12.8.1 简介 423

12.8.2 纳米晶体化学太阳电池的结构 423

12.8.3 纳米晶体化学太阳电池工作原理 424

12.8.4　应用前景 426

12.9　半导体纳米晶体 427

12.9.1 简介 427

12.9.2　半导体纳米结构的制备技术 427

12.9.3　结构与性能特征 431

12.9.4 半导体纳米晶体的应用研究 433

主要参考文献 446