- 卢嘉铮;胡润光;郑丽丽;张辉;胡动力;
本文针对物理气相传输（PVT）法生长8英寸（1英寸=2.54 cm）N型4H-SiC晶体过程中的6H-SiC多型夹杂控制问题，通过实验与数值模拟相结合的方法进行了研究。首先采用射频加热系统开展实验得到6H-SiC多型夹杂的出现时刻和位置，并对晶体生长全过程数值模拟，跟踪晶体生长界面边缘的温度及其附近碳过饱和比随时间的变化趋势，构建6H-SiC多型夹杂形成的临界条件判据。再基于该判据，对典型大尺寸多温区电阻加热式PVT生长系统，建立工艺参数与6H-SiC多型夹杂缺陷的相关关系。研究结果发现，对于给定的生长系统，增大上/下加热器功率比和氩气环境压力，有利于抑制6H-SiC多型夹杂形成。
2025年12期 v.54;No.326 2072-2082页 [查看摘要][在线阅读][下载 2482K] - 许彬杰;陈鹏阳;卢圣瓯;宣玲玲;王安琦;王帆;皮孝东;杨德仁;韩学峰;
断裂应力是制约物理气相传输（PVT）法制备碳化硅（SiC）单晶直径突破200 mm的关键。本研究通过对比计算4°离轴与正轴生长条件下的断裂应力，发现两者的断裂应力行为高度相似：基平面滑移对断裂应力的影响在两种生长条件下可忽略不计，而棱柱面滑移的影响几乎完全相同。此外，研究阐明了温度梯度对断裂应力的影响机制，证实了高温条件下断裂应力几乎全部由径向温度梯度主导，轴向温度梯度的贡献可忽略不计。通过模拟晶体形貌随时间的演化过程及晶体凸度与直径的变化，进一步揭示了断裂应力大小与径向温度梯度之间的关联规律。本研究为理解断裂应力与温度梯度的内在关系提供了新的见解，对预防PVT法生长过程中的SiC晶体断裂具有指导意义。
2025年12期 v.54;No.326 2083-2100页 [查看摘要][在线阅读][下载 4402K] - 王忠保;张友海;刘天培;倪浩然;芮阳;马成;王黎光;曹启刚;杨少林;
在半导体制造中，直拉（Cz）法生长的单晶硅是微电子器件的核心基材，其晶体完整性及缺陷分布对芯片良品率和可靠性至关重要。然而，Cz法生长过程中晶体原生颗粒（COP）缺陷径向分布不均匀的问题亟待解决。本文通过数值模拟与实验研究，探讨了不同横向磁场强度（500和3 000 Gs）对12英寸（1英寸=2.54 cm）Cz单晶硅拉制过程中熔体对流、熔体温度分布及固液界面温度梯度的影响，并分析了磁场强度对COP分布均匀性的作用机制。结果表明：3 000 Gs磁场强度下的熔体流动、温度分布及固液界面温度梯度更加稳定，有利于形成低密度且均匀的COP分布；而500 Gs磁场强度下，晶棒从头到尾的COP均呈现出高密度且不均匀的分布。实验结果与数值模拟结果一致，验证了磁场强度对COP分布均匀性的显著影响。本研究为优化Cz法单晶硅生长工艺、提高晶体质量提供了理论依据和实践指导。
2025年12期 v.54;No.326 2101-2111页 [查看摘要][在线阅读][下载 2581K] - 李铭清;赵书文;封晶;郑祥;郭瀚;袁兰英;丁栋舟;冯鹤;
Gd_3(Al,Ga)_5O_(12)∶Ce(GAGG)闪烁体综合性能优异，是高空间分辨率闪烁屏的重要候选材料。探究GAGG闪烁屏空间分辨率的影响因素是一项重要且极具挑战的任务。本工作制备了一系列GAGG单晶闪烁屏，测试了其光学与闪烁性能，通过Geant4模拟计算了理论空间分辨率，在上海同步辐射光源（SSRF）BL13HB光束线站开展了成像试验。结果表明，GAGG闪烁屏对生物组织与工业芯片具有优异的成像效果。GAGG闪烁屏的理论空间分辨率为0.4μm，本实验最高可实现0.9μm(555 lp/mm)。对比发现，闪烁屏厚度在0.3～1 mm变化不会对空间分辨率产生显著影响，空间分辨率对闪烁屏的表面状态和光学透过率更敏感。因此，在后续制备GAGG闪烁屏的过程中，可不用过分追求超薄厚度，而应将更多注意力放在如何提高单晶光学质量，比如优化生长工艺，减少包裹体；改进抛光工艺，提升闪烁屏表面光洁度。
2025年12期 v.54;No.326 2112-2118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1974K] - 吴俊林;黄东;胡辰;李廷松;杨文钦;蒋兴奋;周健荣;孙志嘉;李江;
Gd_2O_2S∶Tb闪烁陶瓷具有高的X射线阻止能力、高光输出、优异的光谱匹配性能、低生产成本等优势，是极具应用潜力的安检X射线计算机断层扫描用闪烁材料。本工作以Gd_2O_3粉体、Tb(NO_3)_3及H_2SO_4为原料，通过热水浴还原法合成了Gd_2O_2S∶Tb纳米粉体。采用热压烧结结合热等静压烧结（HIP）后处理制备了纯相Gd_2O_2S∶Tb陶瓷。系统探究了热压烧结温度（975～1 100℃）及HIP后处理温度（1 050～1 350℃）对Gd_2O_2S∶Tb陶瓷微观结构、光学透过率及闪烁性能的影响。随着热压烧结温度由975℃升高至1 100℃，热压后陶瓷内的气孔数量减少，相对密度由91.4%提升至98.9%。随着HIP温度从1 050℃升高至1 350℃，Gd_2O_2S∶Tb陶瓷的相对密度逐渐提高，更高的HIP处理温度促进了陶瓷内气孔的排出。因此，相较于1 050和1 200℃HIP后处理温度，1 350℃HIP后处理的Gd_2O_2S∶Tb陶瓷光学总透过率更高。经过热压烧结（1 050℃×1.5 h,60 MPa）结合HIP后处理（1 350℃×3 h,176 MPa Ar气氛）制备的Gd_2O_2S∶Tb陶瓷（厚度为1 mm）光学总透过率最高，为20.3%@545 nm，由于对闪烁光的有效提取，其也具有最高的X射线激发发光强度。
2025年12期 v.54;No.326 2119-2126页 [查看摘要][在线阅读][下载 2595K] - 薛静怡;胡启国;颜招强;刘瀛;张丕柱;
针对工程中的低频振动控制问题，本文设计了一种三螺旋梁声子晶体结构，采用有限元法和等效模型进行深入研究，发现该结构具有良好的低频减振特性。研究结果表明：该声子晶体在47～99 Hz产生带隙；带隙频段内有效质量呈现负值特性，验证了全反射隔振机理；传输损耗数值模拟进一步证实了带隙范围内振动能量的显著衰减；该声子晶体结构对不同工作条件下的线性载荷、点载荷及扭矩均表现出优异的隔振性能。参数优化研究结果表明，通过调节螺旋板厚度、螺旋槽宽度及增大圆柱体振子半径等几何参数，能够实现更低频率和更大带宽。本研究对于解决低频振动控制问题具有一定参考意义和工程应用价值。
2025年12期 v.54;No.326 2127-2135页 [查看摘要][在线阅读][下载 2085K] - 刘振;许锦涛;朱汕林;廖灿媛;胡宏伟;钟幸原;钟玖平;
GdAlO_3(GAP)-Al_2O_3氧化物共晶材料因具有高抗弯曲强度、优良的高温抗蠕变性能和抗氧化性能，广泛应用于高温结构材料。共晶的微观结构直接影响共晶材料的性能，而定向凝固技术能使共晶材料的微结构组织按一定方向排列，获得具有特定结构的共晶材料。微下拉定向凝固技术用于生长共晶材料，具有温度梯度大、生长速率调控范围广、生长周期短及生长过程可视等优点。本工作采用微下拉法（μ-PD）生长了GAP-Al_2O_3共晶，通过XRD和SEM对GAP-Al_2O_3共晶微观结构进行了研究。结果表明，共晶生长速率和温度梯度直接影响共晶的微观结构，在共晶生长过程中，随着微下拉生长速率的增加，共晶微结构逐渐从无序变为有序。通过对共晶微观结构演化机理进行研究，优化生长条件，可获得微观结构排列有序的大尺寸共晶材料，促进有序共晶材料在高分辨探测成像、激光显示与照明、光存储与高温荧光探测等领域的应用。
2025年12期 v.54;No.326 2136-2145页 [查看摘要][在线阅读][下载 3847K] - 詹畯伟;阮勇奇;陈志强;温磊;彭思艳;杨流赛;
本文以水热法结合高温煅烧制备了一系列不同Li~+掺杂浓度的YPO_4∶Dy~(3+)荧光粉，系统研究了Li~+共掺杂对YPO_4∶Dy~(3+)荧光粉的结构、形貌和发光性能的影响。XRD结果表明，Li~+掺杂促进了YPO_4·0.8H_2O从六方相到四方相的转变，且Li~+可以取代Y~(3+)的晶格位置或占据间隙位置。SEM结果显示，随着Li~+掺杂浓度的增加，荧光粉形貌由六棱柱状向球形颗粒转变，同时平均粒径逐渐减小。通过荧光光谱分析，适量Li~+掺杂能够显著提高YPO_4∶Dy~(3+)荧光粉的发光强度，当Li~+掺杂量为5%时，其发光强度达到最大值，约为未掺杂样品的2.3倍。同时，Li~+掺杂还可以改善荧光粉的热稳定性。随着Li~+掺杂量的增加（x=1%～7%）,YPO_4∶5%Dy~(3+),xLi~+荧光粉的CIE色度坐标值从（0.233,0.283）逐渐变化至（0.238,0.289）。研究结果表明，Li~+共掺杂是调控YPO_4∶Dy~(3+)荧光粉发光性能的有效手段，并为该荧光粉在白光LED领域的应用提供了理论依据和实验基础。
2025年12期 v.54;No.326 2146-2155页 [查看摘要][在线阅读][下载 2047K] - 姜敏;熊梓涵;张彤;杨雨茹;李慧茹;刘艳;赵夏;
以硫氰酸铵、间氯苯甲酰氯、邻氨基苯甲酸为原料，通过“一步法”合成了新型酰基硫脲衍生物N-(3-氯苯甲酰基)-N′-2-羧基苯甲酰基硫脲（N-(3-chloro-benzoyl)-N′-2-carboxy benzoyl thiourea, CCT），采用单晶X射线衍射（SXRD）、核磁共振波谱、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外光谱及荧光光谱等手段进行表征，SXRD结果表明其为单斜晶系，P2_1/c空间群。通过多光谱学（紫外吸收光谱及荧光竞争取代）结合分子模拟对接技术，测定了目标硫脲与小牛胸腺DNA的相互作用，结果表明二者以沟槽作用方式形成了复合物，基本没有破坏DNA完整的双螺旋结构，氢键为其主要作用力。
2025年12期 v.54;No.326 2156-2163页 [查看摘要][在线阅读][下载 1863K] - 贾梦江;黄文奇;王海;郑军;
锗铅合金是当前最有前景的硅基高效发光材料之一，但在生长过程中铅容易发生表面偏析，导致很难获得高质量且高铅组分的合金。本文从铅表面偏析的微观机制入手，采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，研究不同铅组分锗铅合金中替位铅和非替位点缺陷（VPbV）的性质随铅组分和掺杂条件的变化规律。研究表明，随着铅组分增加，替位铅的形成能升高，VPbV的形成能降低，这表明铅更容易发生表面偏析。当锗铅掺杂氢元素时，替位铅的形成能相对于未掺杂时降低，VPbV形成能相对于未掺杂时升高，这表明掺氢有助于抑制铅的表面偏析。并且，氢浓度越大，抑制铅表面偏析的效果越好。这些理论结果很好地解释了铅表面偏析的实验规律。本研究不仅可为锗铅合金的材料生长提供理论指导，相关的研究思想方法还可以扩展到其他IV族合金的研究中。
2025年12期 v.54;No.326 2164-2172页 [查看摘要][在线阅读][下载 2578K] - 吴家隐;卫静婷;黎斌;李宗宝;莫秋燕;
本文基于密度泛函理论，对β-SnSe单层表面吸附N_2O和HCN气体分子的几何构型、电子结构及传感性能进行了全面分析。研究结果表明，SnSe对这两种气体均呈现出物理吸附，其中对HCN的相互作用更强。吸附能分析显示吸附过程具有放热特性，有利于在室温条件下实现气体分子的自发捕获。HCN的吸附显著提升了费米能级附近的态密度，进一步提升了SnSe的电导率。SnSe单层还表现出优异的可逆性，在常温下对两种气体均具备快速恢复能力。此外，该材料在1.2 V偏压下对HCN的响应灵敏度可达61.7%，远高于N_2O，这一结果也优于其他二维材料对HCN的灵敏度，进一步凸显了SnSe在HCN探测中的优异性能。本研究不仅提示了SnSe单层材料对HCN的传感机制，也为开发低成本、高敏感度且可重复使用的现场实时监测的气体传感器提供理论。
2025年12期 v.54;No.326 2173-2180页 [查看摘要][在线阅读][下载 2005K] - 王利;宋昱轩;郭会;杨登涛;黄旖旎;杨云伟;吴冬妮;
通过水热法成功合成了一系列Bi~(3+)/Eu~(3+)共掺杂Zn_2GeO_4荧光粉（Zn_2GeO_4∶0.20Eu~(3+),x Bi~(3+),x=0.05～0.30），结合X射线衍射（XRD）、激发/发射光谱、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）及第一性原理计算，研究了其结构、形貌、发光性能及能带调控机制。研究结果表明，Eu~(3+)和Bi~(3+)已成功掺杂进入Zn_2GeO_4基质晶格，其中Eu~(3+)占据Zn~(2+)的晶格位点，且Bi~(3+)掺杂未引起杂相。通过第一性原理计算得出Zn_2GeO_4∶0.20Eu~(3+),x Bi~(3+)为间接带隙，费米能级（0.368 8 eV）穿越导带，表现出近金属性，增强了发光性能。在最佳Bi~(3+)掺杂浓度（x=0.30）时，Bi~(3+)作为高效的敏化剂，将吸收的紫外光能量传递给Eu~(3+)的激发态能级（~5D_2和~5D_1），使Eu~(3+)在384 nm(~7F_0→~5D_2)和534 nm(~7F_0→~5D_1)处的激发响应及特征红光发射（~5D_0→~7F_2,616 nm）显著增强。该荧光粉具有的高效红光发射和可调发光能力，为固态照明材料设计提供新思路。
2025年12期 v.54;No.326 2181-2189页 [查看摘要][在线阅读][下载 4052K] - 黄成;钱艳楠;
碳基无空穴传输层CsPbI_2Br钙钛矿太阳能电池因低廉的制备成本和优异的热稳定性而备受关注。然而，由于CsPbI_2Br薄膜在快速结晶过程会产生高密度缺陷，引起陷阱辅助的非辐射复合与离子迁移问题，显著加剧器件能量损失与性能衰退。本研究采用简单实用的添加剂策略，通过4-氯苯磺酸钠（Na-4Cl-BZS）中阴（4Cl-BZS~-）阳（Na~+）离子的协同作用调控CsPbI_2Br结晶、钝化缺陷。研究发现，4Cl-BZS~-阴离子通过苯环两端的—SO_3~-和—Cl官能团与Pb~(2+)形成配位结合，钝化低配位的Pb~(2+)，提高卤素空位缺陷形成能，并促进钙钛矿多晶薄膜沿（100）晶面择优取向生长，从而获得高质量CsPbI_2Br薄膜。此外，金属Na~+通过间隙位掺杂显著提高了卤素离子的迁移势垒，提升钙钛矿晶体稳定性。得益于阴阳离子的协同作用，所制备的碳基无空穴传输层CsPbI_2Br钙钛矿太阳能电池实现13.07%的光电转换效率，同时显著提升开路电压（1.18 V）和填充因子（74.26%）。
2025年12期 v.54;No.326 2190-2199页 [查看摘要][在线阅读][下载 2274K] - 江静雯;罗苑幸;王美珍;黄柯雯;罗国平;朱伟玲;
碘化甲脒锡（FASnI_3）因环境友好、高吸收系数和合适的带隙等优点，成为替代铅基钙钛矿材料的热门候选材料。本文采用SCAPS仿真软件对p-i-n结构为阳极/空穴传输层/FASnI_3/电子传输层/阴极的平面型FASnI_3钙钛矿太阳电池进行仿真研究。基于实验结果构建初始仿真模型，并探讨载流子传输层材料、钙钛矿层参数、界面缺陷态密度和工作温度对FASnI_3钙钛矿太阳电池光电性能的影响。仿真结果表明，采用30 nm厚的CuI作为空穴传输层，将器件能量转换效率从9.56%提升至10.64%。以此为基础分析钙钛矿层厚度、缺陷态密度和电子亲和能，电子传输层厚度，界面缺陷态面密度和工作温度对器件光电性能的影响。优化后FASnI_3钙钛矿太阳电池有望实现26.63%的能量转换效率，相应的开路电压为1.127 V，短路电流密度为28.08 mA·cm~(-2)，填充因子为84.13%。仿真结果对实验提升FASnI_3钙钛矿太阳电池的光电性能参数提供了理论参考。
2025年12期 v.54;No.326 2200-2208页 [查看摘要][在线阅读][下载 1620K] - 姚年春;何玉林;张闽;王自强;
本文采用共沉淀法制备Ni_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(OH)_2前驱体，通过煅烧制备了LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_2(NCM811)正极材料，分别采用1%、2%和3%（质量分数，下同）的Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3(LATP)对NCM811进行包覆改性研究。结果表明：当LATP包覆量为2%时，在3.0～4.3 V条件下循环350次后，容量的保持率为84.65%，而未包覆的NCM811在同样条件下的容量保持率为80.58%。倍率性能测试结果表明，在10 C时，2%LATP样品的放电比容量为117.1 mAh·g~(-1)，未包覆的NCM811样品为101.8 mAh·g~(-1)。适量的LATP包覆可提高锂离子扩散速率，优化离子传输路径，同时，LATP作为包覆层可以避免正极材料与电解液的直接接触，减少副反应的发生，从而降低界面阻抗，提高循环寿命。
2025年12期 v.54;No.326 2209-2216页 [查看摘要][在线阅读][下载 2505K]