- 李家和;郑丽丽;张辉;李翔;陈俊锋;
氟化物晶体中包裹物缺陷显著影响光学质量，而包裹物缺陷在坩埚下降法中主要由晶体界面形状和生长速率决定。本文针对坩埚下降法技术，数值模拟研究热场结构对晶体生长速率和界面形状的影响趋势，以及获得使界面呈现微凸形状、稳定生长阶段延长的生长条件，形成有效调控包裹物缺陷的策略。研究发现，氟化物晶体生长形成凸度较大的界面主要由内辐射传热特性导致的界面附近径向吸热产生，增加绝缘区长度可减小起始阶段的生长速率，有效降低稳定生长阶段的界面凸度。提高上、下加热器温度可缩短初始不稳定生长区域，有效降低稳定生长阶段的界面凸度。对于大尺寸或多棒晶体生长，呈现径向温度梯度较大即晶体生长界面凸度过大，通过提高上加热器底端温度和增加绝缘区上部散热开口的热场设计，可以建立不利于包裹物生成的微凸界面形状。
2025年05期 v.54;No.319 772-783页 [查看摘要][在线阅读][下载 2922K] - 杨文文;卢伟;谢辉;刘刚;吕鑫雨;摆易寒;李晨慧;潘教青;赵有文;沈桂英;
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。
2025年05期 v.54;No.319 784-792页 [查看摘要][在线阅读][下载 2652K] - 刘文宇;钱露;李芳建;潘尚可;孙志刚;陈红兵;潘建国;
基于无中微子双β衰变低温辐射探测器的研究，本文研究了Li_2MoO_4晶体生长及发光性能。以市售Li_2MoO_4粉末为初始原料，采用水平区熔法提纯，随后通过坩埚下降法生长得到1英寸（1英寸=2.54 cm）Li_2MoO_4透明晶体。对晶体进行了物相分析与发光性能表征。X射线粉末衍射结果显示，晶体属于六方晶系，空间群为■，晶胞参数为a=14.337?，b=14.337?，c=9.589?。电感耦合等离子体质谱表明提纯后生长的晶体Rb、Cs、Cu、Cr、Mn、Ni、Th和U杂质元素含量明显降低。差热分析表明Li_2MoO_4熔点为696℃。紫外-可见分光光度计显示，晶体透过率较高，最高可达86%，表明晶体光学质量高，杂质含量少。稳态与瞬态荧光光谱表明，在10～300 K,Li_2MoO_4晶体的变温荧光光谱与光致衰减时间随温度变化，荧光强度在10 K时达到最大，光致衰减时间则随温度降低而延长，10 K下的衰减时间为1 222.6μs。晶体的活化能Ea为6.15 meV。研究表明Li_2MoO_4晶体在低温下具有良好的发光性能，在无中微子双β衰变研究中，特别是低温辐射探测器方面，具有重要应用价值。
2025年05期 v.54;No.319 793-800页 [查看摘要][在线阅读][下载 1587K] - 商润龙;陈亚;芮阳;王黎光;马成;伊冉;杨少林;
绝缘栅双极晶体管（IGBT）是能源转换与传输的核心器件，广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天及电动汽车等领域。作为IGBT芯片的衬底材料，轻掺磷超低氧硅晶圆的品质对IGBT芯片的性能起着至关重要的作用。由于直拉（Czochralski, Cz）单晶硅拉制的过程中需要用到含氧的石英坩埚，生长的单晶硅氧含量通常达到4×10~(17)～9×10~(17)atoms/cm~3，远高于IGBT用硅片所需的小于2.5×10~(17) atoms/cm~3的氧含量需求。为解决上述问题，本文通过对应用32英寸（1英寸=2.54 cm）热场的单晶硅生长进行数值模拟，设计出新式加热器来制备满足IGBT衬底需求的超低氧单晶硅棒。模拟结果显示，当采用分体式加热器时，石英坩埚壁和固液界面附近硅熔体的流速会减弱。这一现象有助于减少熔体中的氧含量及氧杂质向固液界面的传输，进而有效降低晶棒中整体的氧含量。此外，由于采用了分体式加热器，固液界面处晶棒的轴向温度梯度相较于常规加热器显著降低，这一优势也有利于减少硅棒中的氧含量。实验结果进一步证实了模拟结果，在分体式加热器下拉制的单晶硅棒的氧含量更低，且整体保持在2.5×10~(17) atoms/cm~3以下，完全符合IGBT衬底的要求。
2025年05期 v.54;No.319 801-808页 [查看摘要][在线阅读][下载 1947K] - 贾秀阳;贾志刚;董海亮;陈小东;高茂林;许并社;
795 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为铷原子钟和量子陀螺仪的激光光源，一般采用单氧化限制结构保证单模输出，但这种结构输出功率较小且功耗较高。本文利用PICS3D软件首先对不同位置单氧化限制层进行模拟分析，结果表明，氧化限制层越靠近有源区，其对载流子的限制能力越强，因此在相同的注入电流条件下器件的输出功率越高。在此基础上设计了靠近有源区对称双氧化限制和四氧化限制结构VCSEL，与传统单氧化限制结构相比，多氧化限制结构VCSEL有源区有较高的电流密度，且输出功率与电光转化效率有较大提高。此外，本文还通过远场、近场分析了氧化限制层数量对器件光学性能影响，发现随着氧化限制层数量的增加，VCSEL高阶模式更多集中在出光孔处且远场发散角增大。本研究对于通过多氧化限制层优化VCSEL性能，平衡输出功率和光学性能具有参考意义。
2025年05期 v.54;No.319 809-818页 [查看摘要][在线阅读][下载 2781K] - 朱家怡;杜帅;周鹏飞;郑凡;陈云琳;
在200℃下采用磁控溅射方法在玻璃衬底与硅基板上溅射沉积LiNbO_3/ITO(LN/ITO)异质结薄膜。通过X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、紫外可见分光光度计和变温霍尔效应等测试了该薄膜的结构、形貌及光电性质。XRD测试结果表明，相比于ITO/LN,LN/ITO叠层顺序有更优的生长取向和结晶性能。AFM结果显示，200℃下异质结薄膜表面较为平整，鲜少有凸起。通过紫外可见分光光度计透光性能测试，相比于LN单层薄膜，叠层后的异质结薄膜的透光率在可见光范围内有所提高，且退火后异质结薄膜透光性进一步增强。利用变温霍尔效应测试仪研究了LN/ITO异质结的电学性质，测试结果表明LN/ITO异质结薄膜为p型半导体；与LN单层薄膜相比，LN/ITO异质结薄膜的电导率提高了11个数量级。
2025年05期 v.54;No.319 819-824页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K] - 解忧;肖潇飒;姜宁宁;张涛;
二维异质结具有新颖的物理和化学性质，在纳米电子器件中具有重要应用前景。本文构建了一种新型BC_6N/BN横向异质结，基于第一性原理结合非平衡态格林函数方法，对其结构稳定性、电子结构、电导率及伏安特性进行了系统研究。稳定的BC_6N/BN横向异质结拥有2.01 eV的直接带隙，异质结界面处产生静电势差，电子与空穴在界面形成了电势垒。相较于两个单层材料，BC_6N/BN横向异质结的电导率显著降低，并展现出强烈的各向异性。伏安特性显示：异质结在0～2.5 V的电压范围内几乎不产生电流；正向电压超过3 V后电流呈现线性增长趋势；反向电压从3 V增加到5.5 V的过程中仅有微弱电流，超过5.5 V时电流呈非线性增长。因此，BC_6N/BN横向异质结具有各向异性的电导率与单向导通特性，该研究为纳米电子器件的设计和制备提供重要理论基础。
2025年05期 v.54;No.319 825-831页 [查看摘要][在线阅读][下载 2061K] - 魏玉华;陈新华;蒋帅;李小双;王建广;
多稳态超材料能够在外部力作用下发生变形，从而实现对弹性波传播的灵活调控。本文基于双稳态弯曲弹性梁结构，提出了两种不同维度弯曲弹性梁多稳态超材料，该超材料具有两种稳定构型，并能够通过外部力的作用在这两种稳定状态之间切换。通过有限元方法，系统研究了多稳态超材料在两种稳定构型下的色散关系和频率响应特性。研究结果表明，通过调节外部施加的力，可以实现稳态结构的形变，从而有效地调整带隙的频率范围和宽度。此外，将一维多稳态超材料拓展为三维多稳态超材料，可以获得更宽的第一带隙。这种稳态变化机制不仅为弹性波的传播提供了多样化的调控手段，也为弹性波导开关的设计与应用提供了新的思路。
2025年05期 v.54;No.319 832-840页 [查看摘要][在线阅读][下载 2586K] - 崔健;和志豪;丁家福;王云杰;万俯宏;李佳郡;苏欣;
本文基于第一性原理方法对比研究了钨酸盐TMWO_4(TM=Zn、Cd、Hg)的电子结构和光学性质。研究结果表明，ZnWO_4、CdWO_4和HgWO_4三种钨酸盐的带隙均为直接带隙，带隙宽度分别为2.579、2.081和2.538 eV。三种钨酸盐价带顶部主要由O-2p态贡献，由于杂化效应，O-2p态和W-5d态共同组成导带底部。键布居数和电子局域函数表明，存在两种W—O键，W—O1长键为离子键，W—O2短键为共价键，金属阳离子（Zn、Cd、Hg）与O原子形成离子键。同种钨酸盐在不同方向上的介电函数都表现出差异，较大的Δε对双折射率Δn有积极的影响。随着d~(10)电子构型金属阳离子的半径增大，钨酸盐的双折射率减小，在1 064 nm处ZnWO_4、CdWO_4和HgWO_4的双折射率分别为0.192、0.187和0.078，其中ZnWO_4和CdWO_4的双折射率和各向异性在三种体系中较大。
2025年05期 v.54;No.319 841-849页 [查看摘要][在线阅读][下载 2851K] - 任龙军;柴什虎;王付远;姜萍;
二维材料具有优异的电子和光学性能，在纳米器件的应用中具有绝对优势。本研究提出了一种新型二维材料（单层C_2B_6），通过第一性原理模拟计算了其动态和热稳定性。有趣的是，单层C_2B_6具有半导体特性，HSE06计算方法得出其仅具有约0.671 eV的超窄带隙。而单层C_2B_6中的空穴在载流子的输运方向上显示出约6 342 cm~2·V~(-1)·s~(-1)的超高迁移率，这比传统的过渡金属二硫化物材料大。更重要的是，电子和空穴迁移率的巨大各向异性可以有效分离光生电荷，这表明单层C_2B_6是一种高效的光催化剂。然后，本研究还计算得到了单层C_2B_6的各向异性光电流特性，也意味着单层C_2B_6可以用作潜在的光电器件。本文的研究结果为二维材料的设计和应用提供参考。
2025年05期 v.54;No.319 850-856页 [查看摘要][在线阅读][下载 2033K] - 宋志成;张博;张春福;屈小勇;倪玉凤;高嘉庆;
将隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）结构引入背接触太阳电池结构，制备得到隧穿氧化层钝化接触背接触（TBC）太阳电池，能够有效抑制电子、空穴的复合，提高光电转换效率。本文重点关注p型TBC太阳电池的发射极制备工艺，深入研究了p型硅片上n型隧穿氧化钝化接触结构（n-TOPCon）的制备工艺和钝化性能，通过实验研究了隧穿氧化层生长过程中氧化时间对氧化层厚度的影响，并研究不同厚度的隧穿氧化层对发射极n-TOPCon结构钝化性能的影响。实验结果表明，在氧化温度为600℃，氧化时间1 200 s时，隧穿氧化层厚度达到1.52 nm，可以获得最佳的钝化性能，此时隐开路电压达到733 mV，对应的暗饱和电流密度J_0为4.41 fA/cm~2。之后研究了不同磷扩散温度和不同磷源流量下发射极n-TOPCon的掺杂分布曲线和钝化性能。当扩散温度达到870℃时，n-TOPCon结构的隐开路电压可提升至736 mV，随着扩散温度的继续增加，n-TOPCon结构的隐开路电压开始降低。最后研究了在扩散温度相同的情况下，n-TOPCon结构钝化性能与N_2-POCl_3流量的关系，通过实验发现，随着扩散N_2-POCl_3流量的增加，n-TOPCon结构钝化性能出现先提升后下降的情况，根据测试结果，当N_2-POCl_3流量为3 000 sccm时，n-TOPCon结构的隐开路电压可提升至740 mV。
2025年05期 v.54;No.319 857-863页 [查看摘要][在线阅读][下载 1198K] - 加雪峰;阮妙;叶林峰;倪玉凤;郭永刚;高鹏;
宽带隙钙钛矿太阳能电池是晶硅-钙钛矿叠层电池的主要组成部分。宽带隙钙钛矿材料存在缺陷密度大、非辐射复合严重等问题，限制了宽带隙钙钛矿太阳能电池的发展。为改善这些问题，本研究提出了一种利用离子液1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐（BMM）修饰钙钛矿薄膜的方法。通过研究不同浓度BMM添加剂对钙钛矿薄膜及其电池性能的影响，发现调控BMM的添加量能够提升结晶质量，减少薄膜内部的缺陷，从而提高钙钛矿太阳能电池性能。在最佳条件下，钙钛矿电池的效率高达20.27%，各项光电性能均实现了明显的改善，同时也表现出优良的稳定性。这些结果有力地证明了BMM作为一种有效的添加剂，对于制备高质量的钙钛矿薄膜和实现高性能的器件具有巨大的潜力，为未来的实际应用提供了重要的参考。
2025年05期 v.54;No.319 864-872页 [查看摘要][在线阅读][下载 2114K] - 王智超;叶林峰;阮妙;杨超;加雪峰;倪玉凤;郭永刚;高鹏;
为了钝化钙钛矿中存在的缺陷，提高钙钛矿薄膜质量，本文设计了一种新型的小分子2-氨基乙脒二氢溴酸盐（2AD）对钙钛矿（（FA_(0.90)MA_(0.05)Cs_(0.05))Pb(I_(0.96)Br_(0.04))_3）薄膜进行界面修饰，使用氯苯作为反溶剂进行1.55 eV带隙的反式钙钛矿太阳电池器件制备，并结合物相、光电性能和器件性能进行实验分析。系统性的实验结果表明，2AD作为一种多功能试剂，其有效性主要体现在以下三个方面：一是将钙钛矿薄膜的晶粒尺寸从304 nm提升至321 nm，粗糙度从16.6 nm降低至15.8 nm，接触角从70.1°增加到74.3°，增加了疏水性；二是增加了钙钛矿薄膜的光生载流子寿命，抑制了钙钛矿薄膜中的非辐射复合，有利于电荷的转移；三是在大气环境中暴露30 d以上依然可以保持初始光电转换效率的90%以上。最终实现钙钛矿器件的效率从21.32%提升至23.49%，并且迟滞因子明显降低。
2025年05期 v.54;No.319 873-881页 [查看摘要][在线阅读][下载 2272K] - 宋琪;蒋玲;陈鸿明;李辉富;黄朔;骆丽杰;陈拥军;
锌离子电容器是新兴电化学储能设备理想的选择之一，然而金属锌与水系电解液之间的热力学反应会引发腐蚀和不可控的锌枝晶生长，严重影响了锌离子电容器的库仑效率和使用寿命。为了抑制水系电解液中锌负极的不良副反应，本文利用木棉纤维生物质材料通过一步碳化法制备了具有亚纳米通道的木棉纤维多孔碳材料（KFC），并将其涂覆在锌负极表面获得Zn@KFC复合负极。KFC中的亚纳米通道可以不断地吸附溶剂化锌离子中的水分子，并促进逐步去溶剂化过程，从而增强快速且均匀的锌离子传输，进而消除水引起的锌负极腐蚀和副反应。实验结果表明，Zn@KFC对称电池在1 mA·cm~(-2)和1 mAh·cm~(-2)条件下展现出超过1 000 h的高循环寿命。即使在5 mA·cm~(-2)和5 mAh·cm~(-2)的苛刻条件下，其循环寿命依然可以超过400 h。此外，由Zn@KFC负极制备的锌离子电容器展现出超过50 000圈的循环稳定性和接近100%的库仑效率（容量保持率为98.29%）。这种通过表面改性促进高可逆性锌负极的方法为实现高性能锌离子电容器探索了一条新路径。
2025年05期 v.54;No.319 882-889页 [查看摘要][在线阅读][下载 2471K] - 王子豪;刘嘉钰;董子豪;王宇鑫;许雅旭;朱禹;
青蒿琥酯，是一种青蒿素衍生的倍半萜类抗疟药物，因对疟原虫的特异作用而引起医药科学家的关注。然而，青蒿琥酯提取步骤复杂，需要使用大量有机溶剂且能耗高。本实验利用金属-有机框架材料易修饰和多孔的特性，构筑出一类功能化的UiO-66以应用于青蒿琥酯吸附研究。选用氨基和氟基作为亲疏水基团，研究不同比例对青蒿琥酯的吸附性能，同时考虑到UiO-66孔径尺寸较青蒿琥酯更小，通过添加适量水分子，构筑缺陷的功能化锆基MOF以提高其孔径。实验结果表明，氟基氨基化UiO-66的吸附容量是25 mg/g，比UiO-66单体吸附容量高出10 mg/g；缺陷氟基氨基化UiO-66的吸附容量提升至33.0 mg/g，表现出更优异的吸附性能。本实验通过材料的合理设计和改性，显著提高了吸附容量和选择性，为青蒿琥酯等药物的纯化和生产提供了一种潜在的工业应用方案。
2025年05期 v.54;No.319 890-897页 [查看摘要][在线阅读][下载 1570K] - 于丰;郑强;齐婷玉;张郁柏;马亚丽;贾松岩;李雪;
以高浓度的白云石精制液为原料，采用碳化法制备高长径比文石型碳酸钙晶须。采用XRD、SEM、TEM等对碳酸钙晶须样品进行表征，主要考察碳化温度、搅拌速率、CO_2通气速率、陈化时间对碳酸钙分散程度和长径比的影响。研究结果表明，制备碳酸钙晶须的最佳工艺条件为：碳化温度为80℃，CO_2通气速率为25 mL/min，搅拌速率为200 r/min，陈化时间为1 h。在此条件下，可以得到产率为95%、晶须长径比为30～35、晶须含量为99.7%、白度为99.9%且分布均匀的晶须状碳酸钙。并对碳酸钙生长机理进行了分析，结果表明，碳化过程中Mg~(2+)抑制方解石型碳酸钙生长，促进文石型碳酸钙生长，并沿着（120）晶面方向优先生长。
2025年05期 v.54;No.319 898-908页 [查看摘要][在线阅读][下载 2662K] 下载本期数据