- 黎诗锋;杨金凤;黄云棋;张博;刘子琦;孙军;潘世烈;
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。
2025年09期 v.54;No.323 1501-1508页 [查看摘要][在线阅读][下载 1245K] - 鹿润林;郑丽丽;张辉;王人松;胡动力;
本文针对典型8英寸热壁卧式SiC外延生长系统建立了考虑衬底转动、Si-C-Cl-H体系反应机理和多物理过程热质输运的数学模型，并用于三维数值仿真模拟研究。此外，本文特别研究了不同衬底表面平均温度、进气流量、进气Si/H_2比对外延层生长速率和厚度均匀性的影响。结果表明：衬底转动提高了衬底表面温度分布均匀性，SiC瞬时生长速率主要受表面附近生长组分浓度影响；外延层厚度均匀性主要受SiC瞬时生长速率沿流动方向的分布影响，衬底前缘和后缘的瞬时生长速率须相互补偿以提高厚度均匀性；提高衬底表面平均温度、降低进气流量和降低进气Si/H_2比均导致瞬时生长速率沿流动方向的分布由上凸向下凸转变，衬底表面实际生长速率的分布从边缘低中间高逐渐过渡为边缘高中间低；所考察的参数范围内进气流量对瞬时生长速率分布影响最大。
2025年09期 v.54;No.323 1509-1524页 [查看摘要][在线阅读][下载 2634K] - 李建铖;钟泽琪;王军磊;李早阳;文勇;王磊;刘立军;
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。
2025年09期 v.54;No.323 1525-1533页 [查看摘要][在线阅读][下载 1840K] - 李晓川;马三宝;周锋子;任永鹏;马武祥;梅昊天;
在<111>晶向重掺锑硅单晶晶棒拉制过程中经常出现由于小平面效应而产生的中心管道，从而影响硅片最终质量，因此迫切需要解决此问题。本研究针对8英寸（1英寸=2.54 cm）直拉重掺锑硅单晶中心管道问题提出理论解决方案并采用CGSim软件进行模拟验证。结果表明：增大拉晶速度（V）和晶体旋转速度（M）同时减小坩埚旋转速度（N）可以有效抑制小平面效应，显著改善固液界面形状、增大温度梯度、增大固液界面附近熔体流速，有效减小晶体热应力。最佳的工艺参数为：V=0.7 mm/min、M=17 r/min、N=-7 r/min。
2025年09期 v.54;No.323 1534-1546页 [查看摘要][在线阅读][下载 4201K] - 韩懿博;吉旭;井群;朱宣恺;艾孜再姆·吾布力塔依尔;赵文豪;曹鑫佳;
稀土磷酸盐因具有较大的带隙和较好的光学特性，被认为是一种重要的紫外/深紫外光学材料。本文通过高通量筛选无机晶体结构数据库（ICSD），获得了磷酸钇（YPO_4）晶体的两种相似结构Ⅰ（No. 24514）、Ⅱ（No. 133671）。运用第一性原理系统研究了Ⅰ和Ⅱ的电子结构和光学性质，利用计算机仿真研究了直接改变晶格常数来调控晶体YPO_4带隙和双折射的可行性与可靠性。研究结果表明，晶格工程调控下晶体YPO_4的双折射变化显著（在1 064 nm波长下，全维度压缩晶格至原来的70%，双折射改变高达0.052（Ⅰ）、0.057（Ⅱ）；单轴（c轴）压缩晶格至70%，双折射改变达0.029（Ⅰ）、0.031（Ⅱ））。PO_4和YO_8基团均对晶体YPO_4的双折射有突出贡献。P、O原子主导晶体YPO_4双折射的走向，Y原子对双折射调控效率影响显著，在调控双折射的过程中发挥了非常关键的作用。晶格工程调控晶体双折射成效显著，此研究为新材料的设计研发和拓宽非线性光学材料应用场景提供新的思路。
2025年09期 v.54;No.323 1547-1557页 [查看摘要][在线阅读][下载 2059K] - 陈灿;胡祎哲;张智瑾;潘建国;潘尚可;
本文采用重结晶法和区域熔炼法提纯γ-CuI原料，使用坩埚下降法生长出了不同Zn离子浓度掺杂的γ-CuI单晶，并对其晶体结构、光致发光、X射线激发发射光谱和荧光寿命进行了详细研究。XRD和SEM测试结果表明，所合成的样品为高纯的γ-CuI,Zn离子能掺入γ-CuI单晶中。光致发光光谱和X射线激发光谱结果表明，Zn离子掺杂后自由激子和Cu~+空位的发射得到增强，深能级发射被抑制。在Zn离子掺杂浓度为5%时，Cu_(0.95)I∶Zn_(0.05)晶体的荧光寿命为0.36 ns，明显优于γ-CuI的0.62 ns。
2025年09期 v.54;No.323 1558-1565页 [查看摘要][在线阅读][下载 1512K] - 胡愈硕;杨国健;曹光宇;刘赐恩;张星;龙浩;徐翔宇;张洪良;
高结晶质量、高迁移率的硼掺杂单晶金刚石薄膜是实现高耐压高功率电子器件的关键。本研究采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）技术，结合两步生长法与低温氧气辅助生长策略，成功制备了高迁移率的硼掺杂单晶金刚石，并实现了其电学性能的广泛调控。所生长薄膜的X射线衍射峰半峰全宽（FWHM）小于60″，空穴浓度可在10~(14)～10~(17) cm~(-3)调控，最大室温空穴迁移率超过1 400 cm~2/（V·s），达到国际先进水平。此外，本文结合输运性质测试和高分辨X射线光电子能谱（XPS）测试研究了所生长掺硼单晶金刚石样品的电子结构，指出了高晶体质量是获得高迁移率的重要原因，研究结果为高迁移率硼掺杂单晶金刚石的生长和器件应用提供了理论参考。
2025年09期 v.54;No.323 1566-1573页 [查看摘要][在线阅读][下载 1629K] - 宋昱杉;陈浩;李松;杨明超;杨松泉;杨森;周磊簜;耿莉;郝跃;欧阳晓平;
先进半导体工艺是提升β-Ga_2O_3基器件电学性能和修复其在工作环境中性能退化效应的关键技术。近年来，低温超临界流体工艺在降低半导体器件界面态、修复刻蚀工艺损伤和提高器件稳定性等方面展现出显著优势。本研究采用130℃和20 MPa的N_2O流体，对暴露在空气环境中导致电学性能退化的Ni/β-Ga_2O_3肖特基势垒二极管（SBDs）进行处理，通过电流-电压和电容-电压特性表征，探究低温超临界流体（SCF）处理前、后电学性能退化的SBDs器件导通特性和击穿特性的变化机理。研究结果表明：经SCF处理的SBDs正向饱和电流密度的升高伴随着体电子陷阱的减少和串联电阻的降低；肖特基势垒高度的提高和耗尽层的展宽有效抑制了电子隧穿，进而导致了漏电流的减小。此外，研究表明，退化后的Ni/β-Ga_2O_3 SBDs的金半接触界面态密度未受到SCF处理的显著影响，具有大时间常数的界面缺陷也未对肖特基势垒高度产生明显影响。本研究为低温超临界流体工艺在优化β-Ga_2O_3基器件性能方面的应用提供了重要的实验依据和理论支持。
2025年09期 v.54;No.323 1574-1583页 [查看摘要][在线阅读][下载 2123K] - 冷昊宁;孙霄霄;穆柏旭;宁丽娜;
为了深入掌握钙钛矿氧化物KNbO_3在高压条件下的相变行为，并为铁电材料在极端条件下的工程应用提供关键参数，本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，在绝对零度（0 K）条件下，对KNbO_3高压下的结构相变、弹性性质及电子性质进行系统研究。计算结果表明，在零压下，KNbO_3的最稳定结构为正交Amm2结构，材料表现为延展性，且为中心力固体。在0～50 GPa压力范围内，KNbO_3经历了两次相变：7.7 GPa时，由正交Amm2结构转变为四方P4mm结构；10.1 GPa时，由四方P4mm结构转变为三方R3mR结构。两次相变均伴随着体积变化，为一级相变。弹性分析显示，KNbO_3在相变过程中经历了从延展性到脆性的转变，并且具有弹性各向异性特征。能带结构分析表明，零压下Amm2结构的带隙为2.125 eV，为间接带隙半导体。随着压力的增加，带隙先减小后增大。本研究不仅丰富了对KNbO_3相变行为的理解，还为设计和应用新型KNbO_3材料提供了理论支持。
2025年09期 v.54;No.323 1584-1592页 [查看摘要][在线阅读][下载 1880K] - 翟啸波;张探涛;黄雪丽;曾渝;解忧;
碳纳米管具有优异的物理化学性能。5/7边形旋错缺陷是碳基纳米材料中最常见的一种拓扑缺陷，显著影响碳纳米管的力学、电学和热学等性质。因此，研究旋错相互作用对碳纳米管的应用具有重要意义。旋错间的相互作用势与液晶中涡旋相互作用相似，可以通过格林函数计算其势能。考虑到弯曲系统中曲率与缺陷的耦合作用，由此可以获得弯曲系统的旋错缺陷能。然而，对于碳纳米管，由于柱面周期边界条件，按常规投影会导致格林函数发散。针对这一问题，本文设计了几种不同的共形变换方案，解决了柱面格林函数发散问题，探讨了各方案的优劣，揭示了一种探寻共形变换的方法。最终给出了一种同时满足周期性、对称性、连续且光滑的最优柱面格林函数，从而计算了纳米管中的旋错缺陷能，并揭示了旋错势的分布规律，解释了为何正反旋错多以旋错对或在纳米管两侧出现。纳米管中缺陷能的等能面，在靠近旋错中心时接近圆形，远离旋错中心呈纺锤形，较远时几乎变为直线。研究结果对碳纳米管的应用具有一定理论指导作用。
2025年09期 v.54;No.323 1593-1599页 [查看摘要][在线阅读][下载 1199K] - 李祥;庞俊;王茗;罗毅;龚瑞;赵建华;于杰;
选用氧化铋为助溶剂、氧化铁和稀土氧化物为溶质，以掺杂钆镓石榴石（SGGG）晶片为衬底，采用无铅液相外延（LPE）法成功制备了厚度为1 140μm的Bi掺杂Re_3Fe_5O_(12)(Bi∶RIG)单晶薄膜，并对薄膜的结构和相关性能进行了分析研究。单晶X射线衍射分析结果表明，制备的薄膜为单一的单晶石榴石相结构，结晶质量较高；扫描电子显微镜观察到薄膜表面光滑均匀，没有明显的裂纹及缺陷，并与衬底结合紧密；红外光谱测试表明，薄膜在应用波段1 310～1 550 nm的透过率接近70%；磁性测量结果表明，该薄膜呈现典型的软磁材料的磁滞回线特征，具有较小的饱和磁化强度；磁光性能结果显示，薄膜在1 310和1 550 nm波长的维尔德常数分别为16 841和11 993 rad/（T·m）。研究结果表明，采用LPE法制备的薄膜具备优异的性能，有望在光通信中用于法拉第光隔离器件。
2025年09期 v.54;No.323 1600-1606页 [查看摘要][在线阅读][下载 1381K] - 谷东;董玲;杨季薇;李海平;李杰;朱归胜;徐华蕊;
红外-可见光兼容隐身材料因突破单波段隐身材料的局限，能够应对多波段侦察技术而备受关注。本文利用直流磁控溅射制备了具有不同厚度Al间隔层的ITO/Al/ITO复合薄膜。通过多膜层间的表面和界面效应及多波段光学耦合等光学效应协同作用，获得了一种可见光高透过与红外高反射的ITO/Al/ITO复合薄膜。XRD表征结果显示，Al层的插入改善了ITO薄膜的结晶性。良好的晶体结构有助于载流子的运动，与载流子迁移率为11.1 cm~2·V~(-1)·s~(-1)的双层ITO薄膜相比，复合薄膜的载流子迁移率提升到24.2 cm~2·V~(-1)·s~(-1)。Al层溅射时间9和12 s的复合薄膜的可见光透过率和红外光反射率均大于80%。
2025年09期 v.54;No.323 1607-1613页 [查看摘要][在线阅读][下载 1486K] - 杨季薇;董玲;谷东;徐华蕊;赵昀云;杨涛;李海平;李杰;朱归胜;
采用直流（DC）磁控溅射法，通过对透明导电薄膜氧化铟锡（ITO）进行结构调控，分析其中的载流子浓度、迁移率等变化，着重探究了薄膜的厚度对红外波段反射率的影响，诠释了薄膜厚度与光电性能之间的构效关系。通过设定特定的溅射功率、衬底温度、气氛控制ITO薄膜的薄膜厚度，得到了100～500 nm厚度的薄膜，实现了高（400）取向、高红外反射率、高可见光透过率的氧化铟锡薄膜的制备。构建的特殊膜层厚度，构成了协同的载流子浓度与迁移率，缓解了一部分漫反射的影响，在膜厚为400 nm时，平均可见光透过率为89.51%，实现了2.5～15μm宽谱段97.37%的平均红外反射率。且所得薄膜品质因数高达815.19×10~(-4)Ω~(-1)，显著优于已报道的透明导电薄膜体系，解决了可见光与红外兼容隐身的问题，为频谱兼容光学隐身材料及智能窗的制备提供了新的思路。
2025年09期 v.54;No.323 1614-1621页 [查看摘要][在线阅读][下载 2350K] - 姚函妤;陈楷;易雨薇;周延琪;李霜;唐群涛;
NiO作为一种新型宽禁带空穴传输材料，具有优异的光学、电学特性。本文采用溶胶凝胶法制备Er掺杂NiO薄膜，通过改变退火温度和Er掺杂浓度，对比探究热处理对NiO薄膜结构与光电特性的影响。研究表明，随着退火温度从300℃提升至600℃，NiO薄膜结晶性与可见光透过率增加，在500℃退火温度下具有最低的电阻率；随着Er掺杂浓度从2%提升至10%,NiO薄膜缺陷减少，晶粒尺寸增加，上转换发光性能呈先增加后降低的趋势，上转换和电学性能在Er掺杂量为8%时性能最佳。本研究优化制备的8%Er掺杂NiO薄膜，在500℃退火2 h具有最高上转换发光强度，最低电阻率为177.6Ω·cm，最高迁移率0.48 cm~2·V~(-1)·s~(-1)。本文从光谱转换和空穴传输层材料性能优化两个方面，为提升钙钛矿和硅基太阳电池光电转换效率的研究提供部分理论和实验依据。
2025年09期 v.54;No.323 1622-1632页 [查看摘要][在线阅读][下载 2577K] - 舒航;王海涛;聂静嫄;黄菊;白静;王宝清;
在溶剂热条件下，以H_2(3-PDCA)配体、BIPY配体和Cu(NO_3)_2·3H_2O为反应物，构筑了两例新型Cu（Ⅱ）配位聚合物（简称：配合物）：[Cu_2(H_2O)_3(3-PDCA)_2]·2H_2O(1)和{[Cu_2(BIPY)(3-PDCA)_2]·H_2O}_n(2)。其中，H_2(3-PDCA)为1-(3-羧基苯基)-5-甲基-4-氧代-1,4-二氢吡嗪-3-羧酸，BIPY为4,4’-联吡啶。铝离子（Al3+）的环境毒性及其检测需求促使本研究开发基于配合物的荧光探针。X射线单晶衍射表明：配合物1呈现特殊的四节点环状结构，配合物2呈现有趣的六节点菱形二维结构。PXRD、FT-IR和TGA证实了两种配合物的结构完整性。固体荧光测试表明，配合物1对Al3+具有高选择性检测能力，检出限低至2.11×10~(-5) mol·L~(-1)，优于多数同类材料。配合物1可作为一种高效Al3+荧光传感器，为环境监测提供新策略。
2025年09期 v.54;No.323 1633-1641页 [查看摘要][在线阅读][下载 2496K] - 陈文涛;庄杏宜;安航宜;来中杰;王爱荣;罗亚妮;史忠丰;李家明;
本文以间苯二甲酸（H_2IPA）和1,3,5-三（1-咪唑基）苯（TIB）为混合配体，硝酸钴为金属源，通过溶剂热法合成了一例新型二维钴金属有机框架化合物{[Co(IPA)(TIB)]·2H_2O}_n(Co-MOF)。通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、红外光谱、热重分析及荧光光谱等手段对其结构和性能进行了系统表征。单晶衍射结果表明，该Co-MOF属于单斜晶系，空间群为P2_1/c，晶胞参数为a=0.964 28(7) nm,b=1.282 98(10) nm,c=1.783 32(14) nm。其不对称单元结构包含1个Co（Ⅱ）离子、1个脱质子的IPA~(2-)配体、1个TIB中性配体和2个结晶水分子。IPA~(2-)配体和TIB配体都通过μ_2-η~1:η~1桥联方式键合2个Co~(2+)，形成一四配位的扭曲四面体CoN_2O_2构型。这些CoN_2O_2次小结构单元，进一步由倒反对称相关联的IPA~(2-)和TIB配体连接，形成二维梯状钴基金属有机框架结构。拓扑结构分析表明该二维Co-MOF可简化为Schl?fli符号为（4~4.6~2）的（4,4）-连接的sql网格结构。此外，Co-MOF层与层之间存在由TIB配体中对称相关联咪唑环间所形成的强π-π堆积作用，将二维Co-MOF层拓展为三维超分子结构。荧光实验研究表明，该Co-MOF对水中的3种多氧酸根阴离子Cr_2O_7~(2-)、CrO_4~(2-)、S_2O_8~(2-)和Fe~(3+)展现出高选择性和高灵敏的荧光猝灭响应，其检测限分别为2.007×10~(-4)、2.514×10~(-4)、8.331×10~(-4)和2.709×10~(-4) mol/L。得益于开放的金属位点和其中未参与配位的咪唑基团，该Co-MOF兼具优异的热稳定性与荧光传感性能，在环境污染物检测领域具有广泛的潜在应用价值。
2025年09期 v.54;No.323 1642-1653页 [查看摘要][在线阅读][下载 3262K] - 望军;金姚瑶;胡章涛;郑毅;张瀚;
作为锂离子电池负极材料的过渡金属氧化物，Fe_2O_3具有高理论比容量（1 007 mAh/g）、储量丰富和环境友好性等优点。然而，在实际应用中，低导电性和循环过程中较高的体积效应限制了其性能的发挥。引入碳基质和纳米化是解决上述问题的有效策略。竹叶碳材料具有成本低、产量大的优势，将其作为碳基质可以提高复合材料的导电性，并缓冲负极活性材料的体积膨胀。本文以来源丰富的竹叶为碳源制备碳材料，通过水热法获得纳米Fe_2O_3，最终通过溶剂热法将竹叶碳与纳米Fe_2O_3结合，制备出纳米Fe_2O_3/竹叶碳负极材料。电化学测试显示，纳米Fe_2O_3/竹叶碳在200 mA/g的电流密度下经过203次循环后仍保持704.6 mAh/g的高比容量，在较大电流密度500 mA/g下比容量达到472 mAh/g。竹叶碳的引入提升了锂离子在电极材料中嵌入嵌出的扩散动力，且增加了赝电容行为对容量的贡献。本研究为利用生物质衍生碳提高锂离子电池负极材料的可逆容量和循环寿命提供了新思路。
2025年09期 v.54;No.323 1654-1662页 [查看摘要][在线阅读][下载 2349K]