晶体材料概论教学课件PPT

《晶体材料概论教学课件PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶体材料概论教学课件PPT（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、晶体材料概论晶体材料概论 光电功能晶体是无机材料科学的核心学科之一，半导体、光电子产业需光电功能晶体是无机材料科学的核心学科之一，半导体、光电子产业需要各种性能优异的晶体材料，如压电、电光、声光、激光、非线性光学、闪要各种性能优异的晶体材料，如压电、电光、声光、激光、非线性光学、闪烁晶体等材料，而单晶硅、锗、碳化硅、砷化镓等材料制备工艺的突破将导烁晶体等材料，而单晶硅、锗、碳化硅、砷化镓等材料制备工艺的突破将导致半导体技术的重大革新，该学科研究对高新技术的发展具有重要意义。致半导体技术的重大革新，该学科研究对高新技术的发展具有重要意义。 我国的晶体材料研究开创于我国的晶体材料研究开创于5050

2、年代，迄今在国际相关领域特别是闪烁晶体、年代，迄今在国际相关领域特别是闪烁晶体、非线性光学晶体等研究方向已具有若干优势，在国家科技部公布实施的非线性光学晶体等研究方向已具有若干优势，在国家科技部公布实施的973973计划中，首批计划中，首批1515个重大项目之一即为个重大项目之一即为“光电功能晶体的结构性能、分子设计、光电功能晶体的结构性能、分子设计、微结构设计和制备过程的研究微结构设计和制备过程的研究”。 光电功能晶体材料的研究兼有学术性和应用性，需要综合无机化学、材料光电功能晶体材料的研究兼有学术性和应用性，需要综合无机化学、材料化学、材料物理、固体电子学、光电子学等学科基础，单晶材料具有

3、量小价化学、材料物理、固体电子学、光电子学等学科基础，单晶材料具有量小价值高的特点，很适合于在高等学校进行研究开发。值高的特点，很适合于在高等学校进行研究开发。1 1、半导体晶体、半导体晶体硅、锗；硅、锗；砷化镓、磷化铟；碳化硅、氮化镓等砷化镓、磷化铟；碳化硅、氮化镓等2、光功能晶体、光功能晶体激光晶体：激光晶体：YAG、蓝宝石等；、蓝宝石等；非线性光学晶体：非线性光学晶体：LBO、 -BBO等；等；光折变晶体：光折变晶体：SBN、LN：Fe、BSO等；等；闪烁晶体：闪烁晶体：BGO、CsI: Tl、PWO等等3、电功能晶体、电功能晶体压电晶体：水晶、压电晶体：水晶、 LBO、LN、LT等；等

4、；铁电晶体：铁电晶体： LN、LT、SBN、PMNT等；等；热释电晶体：热释电晶体： LN、LT、SBN等等介电晶体：云母等。介电晶体：云母等。4、其它晶体、其它晶体金刚石、水晶、蓝宝石等金刚石、水晶、蓝宝石等晶体材料分类晶体材料分类半导体晶体主要应用半导体晶体主要应用半导体激光器半导体晶体主要应用半导体晶体主要应用半导体温差器件光功能晶体及其应用光功能晶体及其应用激光晶体光功能晶体及其应用光功能晶体及其应用非线性光学晶体光功能晶体及其应用光功能晶体及其应用闪烁晶体锗酸铋晶体锗酸铋晶体钨酸铅晶体钨酸铅晶体其他光学应用的晶体其他光学应用的晶体双折射晶体双折射晶体光学镜头用光学镜头用CaF2晶体晶

5、体电功能晶体及其应用电功能晶体及其应用压电晶体水水 晶晶压电器件压电器件电功能晶体及其应用电功能晶体及其应用压电晶体铌酸锂晶体铌酸锂晶体钽酸锂晶体钽酸锂晶体电功能晶体及其应用电功能晶体及其应用压电晶体四硼酸锂晶体四硼酸锂晶体弛豫铁电晶体弛豫铁电晶体PMNT电功能晶体及其应用电功能晶体及其应用铁电晶体弛豫铁电单晶PZNT电功能晶体及其应用电功能晶体及其应用铁电晶体PZNT晶片电功能晶体及其应用电功能晶体及其应用铁电器件PMNT水声换能器水声换能器美国海军水下作战中心美国海军水下作战中心PMNT水声换能器水声换能器中国船舶工业总公司杭州应用声学研究所中国船舶工业总公司杭州应用声学研究所宝石晶体宝石

6、晶体天然宝石黄 玉 蓝宝石电气石 水 晶宝石晶体宝石晶体人造宝石白宝石 锆 石其他晶体其他晶体硅酸铋晶体Bi12GeO20晶体生长技术的发展晶体生长技术的发展一、溶液生长法一、溶液生长法 水溶液、水热法（高压生长）二、高温溶液法二、高温溶液法 助熔剂法、顶部籽晶熔盐法三、熔体生长法三、熔体生长法 提拉法、坩埚下降法、水平Bridgman法、 悬浮区熔法、火焰法四、气相生长法四、气相生长法 升华法提拉法晶体生长炉示意图(硅单晶生长)坩埚下降法晶体生长示意图中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院上海硅酸盐研究所主要主要研究方向：研究方向：闪烁晶体：闪烁晶体：BGO、CsI: Tl、PWO压电晶体：水

7、晶、压电晶体：水晶、 LBO、LN、LT铁电晶体：铁电晶体： LN、LT、SBN、PMNT介电晶体：云母介电晶体：云母主要研究特色：主要研究特色：坩埚下降法坩埚下降法晶体产业规模：晶体产业规模：年创汇年创汇23000千万美元，居全国研究院所第千万美元，居全国研究院所第2位位国内著名研究机构简介国内著名研究机构简介中国科学院福建物质结构研究所中国科学院福建物质结构研究所主要主要研究方向：研究方向：光学倍频晶体：光学倍频晶体：BBO、LBO压电晶体：压电晶体：LN、LT光学晶体：光学晶体： YVO4激光晶体：激光晶体：YAG主要研究特色：主要研究特色：提拉法、顶步籽晶熔盐法提拉法、顶步籽晶熔盐法晶

8、体产业规模：晶体产业规模：年创汇年创汇12000千万美元千万美元国内著名研究机构简介国内著名研究机构简介中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院上海光学精密机械研究所主要主要研究方向：研究方向：激光晶体：激光晶体：衬底晶体：白宝石、蓝宝石衬底晶体：白宝石、蓝宝石 主要研究特色：主要研究特色：提拉法、温梯法提拉法、温梯法国内著名研究机构简介国内著名研究机构简介中国科学院北京半导体研究所中国科学院北京半导体研究所中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院安徽光学精密机械研究所山东大学晶体材料国家重点实验室山东大学晶体材料国家重点实验室北京人工晶体研究院北京人工晶体研究院光电功能晶体材料光电功能晶

9、体材料宁宁 波波 大大 学学激光晶体激光晶体 非线性光学晶体非线性光学晶体激光晶体Cr3+: LiCaAlF6激光晶体Cr3+: LiSrAlF6激光晶体Ce3+: LiYF4激光晶体Nd3+: LiYF4倍频晶体Li2B4O7倍频晶体CsLiB6O10宁宁 波波 大大 学学集装箱检查系统用钨酸镉闪烁单晶材料的制备技术集装箱检查系统用钨酸镉闪烁单晶材料的制备技术 闪烁单晶是以高能射线探测成像为核心的高新技术的关键材料，钨酸镉闪烁单晶是以高能射线探测成像为核心的高新技术的关键材料，钨酸镉单晶是国际集装箱检测系统制造业首选的闪烁发光材料。本项目首次研究钨单晶是国际集装箱检测系统制造业首选的闪烁发光

10、材料。本项目首次研究钨酸镉闪烁单晶的坩埚下降法生长技术，拟弄清在坩埚下降法生长条件下熔体酸镉闪烁单晶的坩埚下降法生长技术，拟弄清在坩埚下降法生长条件下熔体析晶特性，研究生长条件与晶体缺陷的关系，掌握高质量大尺寸钨酸镉单晶析晶特性，研究生长条件与晶体缺陷的关系，掌握高质量大尺寸钨酸镉单晶的最佳生长工艺，的最佳生长工艺，主要面向集装箱检测系统制造业的技术需求，主要面向集装箱检测系统制造业的技术需求，实现大尺寸实现大尺寸钨酸镉单晶的稳定小批量生长。本项目钨酸镉单晶的稳定小批量生长。本项目所研制钨酸镉单晶性能将满足相关射所研制钨酸镉单晶性能将满足相关射线探测器制作的技术要求，线探测器制作的技术要求，形

11、成具有自主知识产权的材料制备专利技术，为形成具有自主知识产权的材料制备专利技术，为实现钨酸镉单晶的批量生长奠定可靠技术基础，同时本项目探索适应较高熔实现钨酸镉单晶的批量生长奠定可靠技术基础，同时本项目探索适应较高熔点、挥发性熔体的闪烁单晶生长工艺，相关研究成果对于发展高性能闪烁单点、挥发性熔体的闪烁单晶生长工艺，相关研究成果对于发展高性能闪烁单晶材料的制备技术兼具有重要学术价值。晶材料的制备技术兼具有重要学术价值。最最 新新 研研 究究 课课 题题 简简 介介闪烁闪烁单晶单晶光电倍增管或光电倍增管或硅光电二极管硅光电二极管计算机成像系统计算机成像系统集集装装箱箱大型集装箱检查系统原理示意图大型

12、集装箱检查系统原理示意图X射线发生源射线发生源射线探测器阵列射线探测器阵列 原料制备原料制备 晶体生长晶体生长 配制原料配制原料 籽晶加工籽晶加工 坩埚制作坩埚制作 降降 温温 安装籽晶、填装原料安装籽晶、填装原料 出出 炉炉 （ 原料再处理）原料再处理） 晶体定向晶体定向 焊封坩埚焊封坩埚 晶体切割晶体切割 晶体研磨晶体研磨 晶体抛光晶体抛光 上炉、升温、接种上炉、升温、接种 晶体元件晶体元件 晶晶 体体 生生 长长 工工 艺艺 流流 程程Platinum crucibles used in vertical Bridgman process CdWO4 单晶单晶 CdWO4 单晶单晶 研究

13、成果：研究成果：1 陈红兵，肖华平，杨培志，徐陈红兵，肖华平，杨培志，徐 卓。钨酸镉闪烁单晶的坩埚下降卓。钨酸镉闪烁单晶的坩埚下降法生长工艺，中国发明专利，申请号：法生长工艺，中国发明专利，申请号：200710103677.8 2 Huaping Xiao, Hongbing Chen, Fang Xu, Chengyong Jiang, Peizhi Yang. Bridgman growth of CdWO4 single crystals, Journal of Crystal Growth, 2008, 310:521 3 肖华平，陈红兵肖华平，陈红兵，徐徐 方，蒋成勇，杨培志。钨酸镉

14、单晶的坩埚方，蒋成勇，杨培志。钨酸镉单晶的坩埚下降法生长及其光学均匀性，硅酸盐学报，下降法生长及其光学均匀性，硅酸盐学报，2007 （出版中）（出版中）新型驰豫铁电单晶材料的生长及其应用新型驰豫铁电单晶材料的生长及其应用 合作单位合作单位: : 西安交通大学电子材料所西安交通大学电子材料所 宁波大学材化学院宁波大学材化学院 铌锌酸铅铌锌酸铅钛酸铅和铌铟酸铅钛酸铅和铌铟酸铅- -钛酸铅固溶体单晶是近年来发现的性钛酸铅固溶体单晶是近年来发现的性能优良的铁电晶体材料，该系列单晶材料以其极高的机电偶合系数和介能优良的铁电晶体材料，该系列单晶材料以其极高的机电偶合系数和介电常数，在压电器件应用领域大大超

15、过传统的电常数，在压电器件应用领域大大超过传统的PZTPZT压电陶瓷，从而在海军压电陶瓷，从而在海军潜艇的声纳系统、医用超声成像诊断仪器等领域具有重要应用价值潜艇的声纳系统、医用超声成像诊断仪器等领域具有重要应用价值 本项目研究的应用目标是突破晶体生长工艺，获得优质大尺寸的铁本项目研究的应用目标是突破晶体生长工艺，获得优质大尺寸的铁电晶体材料，向军工配套开发机构批量提供优质电晶体材料，向军工配套开发机构批量提供优质铁电单晶材料，以满足铁电单晶材料，以满足制造水声换能器件的需要，后续发展还可制造水声换能器件的需要，后续发展还可面向国际超声成像仪器产业提面向国际超声成像仪器产业提供符合需求的超声探

16、头材料；将发展固溶体单晶生长方法，创造出适应供符合需求的超声探头材料；将发展固溶体单晶生长方法，创造出适应高挥发、高腐蚀性熔体和变晶相界结构的铁电单晶生长的技术。高挥发、高腐蚀性熔体和变晶相界结构的铁电单晶生长的技术。最最 新新 研研 究究 课课 题题 简简 介介水声换能器探头水声换能器探头铌镁酸铅铌镁酸铅-钛酸铅单晶钛酸铅单晶铌铟酸铅铌铟酸铅-钛酸铅单晶钛酸铅单晶铁电单晶片铁电单晶片氟化物激光晶体的地面与空间生长氟化物激光晶体的地面与空间生长 合作单位合作单位: 中科院上海硅酸盐研究所中科院上海硅酸盐研究所 宁波大学材化学院宁波大学材化学院宁宁 波波 大大 学学上海硅酸盐所空间材料研究室上海

17、硅酸盐所空间材料研究室最最 新新 研研 究究 课课 题题 简简 介介缺陷物性晶体生长晶体化学晶体物理化学键结构组成相关系形貌应用控 制生长方法生长工艺生长设备生长理论晶晶 体体 材材 料料 科科 学学 技技 术术复复 习习 题题1 1、现代功能材料学科是如何就单晶材料进行分类的？、现代功能材料学科是如何就单晶材料进行分类的？2 2、试简述激光晶体、非线性光学晶体、闪烁晶体的相、试简述激光晶体、非线性光学晶体、闪烁晶体的相 关物理效应基础，这些功能晶体材料在光电子技关物理效应基础，这些功能晶体材料在光电子技 术领域有哪些主要应用？术领域有哪些主要应用？3 3、试简述压电晶体的相关物理效应基础，压电晶体材、试简述压电晶体的相关物理效应基础，压电晶体材 料在现代电子信息技术领域有哪些主要应用？料在现代电子信息技术领域有哪些主要应用？参考阅读材料：参考阅读材料： 侯印春，光功能晶体，中国计量出版社侯印春，光功能晶体，中国计量出版社