CN102168305A - 磷硅镉多晶料的合成方法 - Google Patents

磷硅镉多晶料的合成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102168305A
CN102168305A CN 201110083363 CN201110083363A CN102168305A CN 102168305 A CN102168305 A CN 102168305A CN 201110083363 CN201110083363 CN 201110083363 CN 201110083363 A CN201110083363 A CN 201110083363A CN 102168305 A CN102168305 A CN 102168305A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
phosphorus
cadmium
silicon
crucible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201110083363
Other languages
English (en)
Other versions
CN102168305B (zh
Inventor
陶绪堂
张国栋
王善朋
施琼
阮华棚
蒋民华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN2011100833632A priority Critical patent/CN102168305B/zh
Publication of CN102168305A publication Critical patent/CN102168305A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102168305B publication Critical patent/CN102168305B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本发明涉及磷硅镉多晶料的合成方法，按硅∶镉∶磷＝1∶1∶2～2.05摩尔比，将纯度为99.999％的磷、硅、镉三种单质原料装入合成坩埚中，将合成坩埚装入石英管中；抽真空后封结石英管；将石英管装入单温区合成炉中，使单温区炉升温、保温，合成完成后降至室温，打开合成坩埚即得到磷硅镉多晶料。本发明方法可以制备出高纯度的磷硅镉多晶料，用于高质量的磷硅镉单晶生长。

Description

磷硅镉多晶料的合成方法
技术领域
本发明涉及一种红外非线性光学材料磷硅镉的制备，特别涉及磷硅镉的多晶料的合成方法。
背景技术
中远红外激光在军事和民用领域有诸多应用。采用红外非线性光学晶体进行频率变换是产生连续可调谐的中远红外激光的有效方法之一。目前研究比较广泛的红外非线性光学晶体有磷锗锌，硫镓银，硒镓银等。磷锗锌具有优秀的非线性光学性能及热学性能，可以满足产生高功率中红外激光的要求，但是由于磷锗锌在1μm左右存在较大的缺陷吸收，故不能用更为广泛的1μm左右的基频光泵浦，泵浦源受到了严重的限制。而硫镓银和硒镓银的非线性光学系数及热导率均较低，满足不了高功率中远红外激光的输出要求。
磷硅镉，化学式CdSiP2，热导率为13.6Wm-1K-1，比热为0.446Jg-1K-1，透光范围为530nm-10μm，带隙为2.2-2.4eV，它是现有的可用1μm左右的激光泵浦的非线性系数最大的红外材料，其d36高达84pm/V。磷硅镉单晶体可以用1064nm的激光泵浦产生6μm-8μm的红外激光，并且输出6μm的激光时可以实现非临界位相匹配，另外它还可以用1.5μm的激光泵浦实现3-5μm红外可调谐激光的输出。磷硅镉晶体大的非线性系数、高的热导率以及宽的带隙使其成为可用目前更为成熟的1μm左右的激光泵浦的，产生高功率中远红外激光的一种很有前途的非线性光学材料。
然而，磷硅镉晶体的熔点高达1133℃，在熔点附近下，其饱和分解压高达22atm，并且高温下磷硅镉会与石英反应，很容易导致坩埚的爆炸。如此高的温度和分解压使高纯磷硅镉的多晶料合成非常困难，对设备和合成工艺要求高。迄今为止未见有磷硅镉多晶料合成工艺的详细报道。
发明内容
本发明针对磷硅镉多晶料合成中的难点，本发明提供了一种安全可靠，并且操作简单的单温区合成磷硅镉多晶料的方法。
本发明的技术方案如下：
磷硅镉多晶料的合成方法，步骤如下：
1)将纯度为99.999％的磷、硅、镉三种单质原料按硅∶镉∶磷＝1∶1∶2～2.05摩尔比装入合成坩埚中；将合成坩埚装入石英管中，抽真空至2×10-4Pa后封结石英管；
2)将上述真空封结的石英管装入单温区炉的炉管中，将单温区炉从室温以30～50℃/h的升温速率升温至350-750℃，在此温度保温20～25h；然后以15～20℃/h的升温速率升温至1140～1160℃，在此温度保温20～35h；然后以50～100℃/h降温速率降温至300℃，再自然降温至室温，打开合成坩埚即得到磷硅镉多晶料。
根据本发明优选的，所述单温区炉是垂直管式电阻炉或水平管式电阻炉。
根据本发明优选的，所用的合成坩埚的材质为石墨或氮化硼。
根据本发明优选的，上述步骤2)的升温、降温控制如下：将单温区炉从室温以40～45℃/h的升温速率升温至500～600℃，在此温度保温22h；然后以20℃/h的升温速率升温至1150℃，在此温度保温20h，然后以60℃/h降温速率降温至300℃，再自然降温至室温。
本发明的方法所用装置以垂直管式电阻炉为例，包括合成坩埚、可密封石英管、炉体和温度控制单元，所述炉体包括外壳、加热元件、炉管，加热元件与炉管之间为保温材料，所述加热元件为电阻丝或硅碳棒。温度控制单元包括控温热电偶和温度控制仪表。如图1所示。
本发明的方法合成的磷硅镉多晶料纯度高，所得多晶粉末的XRD图与标准谱图对应很好，表明所合成的多晶料为高纯单相的磷硅镉多晶料。如图3所示。
本发明的方法合成的磷硅镉多晶料，可以用于磷硅镉单晶的自发形核生长或籽晶法生长，所得磷硅镉单晶品质好。
与现有技术相比，本发明方法的优良效果如下：
1、本发明合成方法简单易控，操作容易，安全可靠，设备简单，大大降低了合成成本。
2、本发明的方法合成的磷硅镉多晶料纯度高、品质良好，用作磷硅镉单晶生长的原料时，能够得到单晶性良好的磷硅镉单晶材料。
附图说明
图1本发明实施例1合成方法使用的装置结构示意图，其中，1、可密封石英管，2、合成坩埚，3、合成原料，4、加热元件，5、炉底保温砖，6、外壳，7、控温热电偶，8、保温材料，9、炉盖，10、炉管，11、温度控制仪表。
图2本发明实施例1合成方法制得的CdSiP2多晶锭照片。
图3本发明实施例1合成方法制得的CdSiP2多晶料粉末的XRD与CdSiP2的X射线标准衍射谱的对照。
图4本发明实施例1合成方法制得的CdSiP2多晶料用实施例2的方法生长的磷硅镉单晶照片。
具体实施方式
实施例1、磷硅镉多晶料的合成，合成装置如图1所示，包括合成坩埚2、可密封石英管1、炉体和温度控制单元，所述炉体包括外壳6、加热元件4、炉管10，加热元件4与炉管10之间为保温材料8，所述加热元件4为电阻丝。温度控制单元包括控温热电偶7和温度控制仪表11。
将纯度为99.999％的三种单质元素按硅∶镉∶磷＝1∶1∶2摩尔比装入石墨坩埚2中，将石墨坩埚2装入石英管1中，抽真空至2×10-4Pa后封结石英管。
将石英管装入垂直管式电阻炉的炉管10内，将电阻炉从室温以30℃/h的升温速率升温至350℃，在350℃保温10h。然后从350℃以10℃/h的升温速率升温至1150℃，在1150℃保温20h，然后以60℃/h降温速率降温至300℃，再自然降温至室温。
打开石英管，石墨坩埚内得到的即为磷硅镉多晶料(如图2所示)。
所得磷硅镉多晶料粉末的XRD如图3所示，从图中可以看出，所合成的多晶粉末的X射线衍射峰与磷硅镉的标准图谱(PDF65-2725)对应得很好，表明所合成的为高纯单相的磷硅镉多晶。
实施例2、应用举例，磷硅镉单晶体生长
将实施例1制得的磷硅镉多晶料装入石墨坩埚中，将石墨坩埚装入石英管内，抽真空至2×10-4Pa后封结石英管。将装有磷硅镉多晶料的石英管装入坩埚下降炉中，使坩埚下降炉升温，将高温区的温度保持在1140℃，梯度区的温度梯度在3℃/cm，低温区的温度保持在1070℃。保温20h，坩埚下降至低温区后温度降至室温，即得到磷硅镉单晶体。如图4所示。所用坩埚下降炉也称布里奇曼炉，为现有技术。
实施例3、如实施例1所述，所不同的是：三种单质原料按硅∶镉∶磷＝1∶1∶2.02的摩尔比例装入石墨坩埚中，其它步骤及参数与实施例1均相同。
实施例4、如实施例1所述，所不同的是：将石英管装入垂直管式电阻炉内，将电阻炉从室温以30℃/h的升温速率升温至450℃，在450℃保温10h。然后从450℃以10℃/h的升温速率升温至1150℃，在1150℃保温10h后降至室温。其它步骤及参数与实施例1均相同。
实施例5、如实施例1所述，所不同的是：将石英管装入垂直管式电阻炉内，将电阻炉从室温以30℃/h的升温速率升温至550℃，在550℃保温10h。然后从550℃以10℃/h的升温速率升温至1150℃，在1150℃保温10h后降至室温。其它步骤及参数同实施例1。
实施例6、如实施例1所述，所不同的是：将石英管装入垂直管式电阻炉内，将电阻炉从室温以30℃/h的升温速率升温至650℃，在650℃保温10h。然后从650℃以10℃/h的升温速率升温至1150℃，在1150℃保温20h后降至室温。其它步骤及参数同实施例1。
实施例7、如实施例1所述，所不同的是：将石英管装入垂直管式电阻炉内，将电阻炉从室温以30℃/h的升温速率升温至750℃，在750℃保温10h。然后从750℃以10℃/h的升温速率升温至1150℃，在1150℃保温10h后降至室温。其它步骤及参数同实施例1。
实施例8、如实施例1所述，所不同的是：三种单质原料按硅∶镉∶磷＝1∶1∶2.02的摩尔比例装入氮化硼坩埚中。将石英管装入垂直管式电阻炉内，将电阻炉从室温以30℃/h的升温速率升温至550℃，在550℃保温10h。然后从550℃以10℃/h的升温速率升温至1150℃，在1150℃保温10h后降至室温。

Claims (5)

1.磷硅镉多晶料的合成方法，步骤如下：
1)将纯度为99.999％的磷、硅、镉三种单质原料按硅∶镉∶磷＝1∶1∶2～2.05摩尔比装入合成坩埚中；将合成坩埚装入石英管中，抽真空至2×10-4Pa以下后封结石英管；
2)将上述真空封结的石英管装入单温区炉的炉管中，将单温区炉从室温以30～50℃/h的升温速率升温至350-750℃，然后在此温度保温20～25h；然后以15～20℃/h的升温速率升温至1140～1160℃，在此温度保温20～35h，然后以50～100℃/h降温速率降温至300℃，再自然降温至室温，打开合成坩埚即得到磷硅镉多晶料。
2.根据权利要求1所述的磷硅镉多晶料的合成方法，其特征在于所用的合成坩埚的材质为石墨或氮化硼。
3.根据权利要求1所述的磷硅镉多晶料的合成方法，其特征在于所述单温区炉是垂直管式电阻炉或水平管式电阻炉。
4.根据权利要求1所述的磷硅镉多晶料的合成方法，其特征在于步骤2)的升温、降温控制如下：将单温区炉从室温以40～45℃/h的升温速率升温至500～600℃，然后在此温度保温22h；然后以20℃/h的升温速率升温至1150℃，在此温度保温20h，然后以60℃/h降温速率降温至300℃，再自然降温至室温。
5.权利要求1所述方法所用的装置，包括合成坩埚、可密封石英管、炉体和温度控制单元，所述炉体包括外壳、加热元件、炉管，加热元件与炉管之间为保温材料，所述加热元件为电阻丝或硅碳棒；所述温度控制单元包括控温热电偶和温度控制仪表。
CN2011100833632A 2011-04-02 2011-04-02 磷硅镉多晶料的合成方法 Expired - Fee Related CN102168305B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100833632A CN102168305B (zh) 2011-04-02 2011-04-02 磷硅镉多晶料的合成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100833632A CN102168305B (zh) 2011-04-02 2011-04-02 磷硅镉多晶料的合成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102168305A true CN102168305A (zh) 2011-08-31
CN102168305B CN102168305B (zh) 2012-06-27

Family

ID=44489612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100833632A Expired - Fee Related CN102168305B (zh) 2011-04-02 2011-04-02 磷硅镉多晶料的合成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102168305B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102286776A (zh) * 2011-09-01 2011-12-21 江西同人电子材料有限公司 泡生法蓝宝石晶体生长的温度控制系统
CN103409800A (zh) * 2013-07-17 2013-11-27 武汉高芯科技有限公司 大直径碲化镉或碲锌镉多晶棒料合成装置及制备方法
CN110219045A (zh) * 2019-07-18 2019-09-10 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种单温区磷锗锌多晶的合成装置与方法
CN111254492A (zh) * 2020-01-21 2020-06-09 山东大学 一种磷硅镉多晶料的高压合成装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101050546A (zh) * 2007-05-09 2007-10-10 四川大学 磷锗锌多晶体的合成方法与设备
CN101235542A (zh) * 2007-11-14 2008-08-06 哈尔滨工业大学 磷化锗锌的多晶合成与单晶生长的方法
CN201224776Y (zh) * 2008-07-24 2009-04-22 山东大学 多元化合物红外晶体生长装置
WO2010082968A2 (en) * 2008-10-23 2010-07-22 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. NONLINEAR OPTICAL CdSiP2 CRYSTAL AND PRODUCING METHOD AND DEVICES THEREFROM

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101050546A (zh) * 2007-05-09 2007-10-10 四川大学 磷锗锌多晶体的合成方法与设备
CN101235542A (zh) * 2007-11-14 2008-08-06 哈尔滨工业大学 磷化锗锌的多晶合成与单晶生长的方法
CN201224776Y (zh) * 2008-07-24 2009-04-22 山东大学 多元化合物红外晶体生长装置
WO2010082968A2 (en) * 2008-10-23 2010-07-22 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. NONLINEAR OPTICAL CdSiP2 CRYSTAL AND PRODUCING METHOD AND DEVICES THEREFROM

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102286776A (zh) * 2011-09-01 2011-12-21 江西同人电子材料有限公司 泡生法蓝宝石晶体生长的温度控制系统
CN102286776B (zh) * 2011-09-01 2014-03-26 江西同人电子材料有限公司 泡生法蓝宝石晶体生长的温度控制系统
CN103409800A (zh) * 2013-07-17 2013-11-27 武汉高芯科技有限公司 大直径碲化镉或碲锌镉多晶棒料合成装置及制备方法
CN103409800B (zh) * 2013-07-17 2016-01-20 武汉高芯科技有限公司 大直径碲化镉或碲锌镉多晶棒料合成装置及制备方法
CN110219045A (zh) * 2019-07-18 2019-09-10 中国电子科技集团公司第四十六研究所 一种单温区磷锗锌多晶的合成装置与方法
CN111254492A (zh) * 2020-01-21 2020-06-09 山东大学 一种磷硅镉多晶料的高压合成装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102168305B (zh) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101235542B (zh) 磷化锗锌单晶生长的方法
CN102191541B (zh) 磷硅镉多晶料的双温区合成方法及装置
CN104695022B (zh) 长波红外非线性CdGa2Se4晶体及其生长方法与用途
Verozubova et al. Synthesis and growth of ZnGeP2 crystals for nonlinear optical applications
CN102168305B (zh) 磷硅镉多晶料的合成方法
CN105603517A (zh) 基于固源化学气相沉积法生长单晶黑磷的方法
CN110205674B (zh) 一种以白磷为原料制备二维黑磷晶体的方法
CN106698436B (zh) 一种高纯碳化硅粉料的制备方法
CN104828825B (zh) 一种低成本低温合成碳化硅粉料的方法
CN101122045A (zh) 多元化合物半导体单晶的制备方法与生长装置
CN103789835A (zh) 一种改进型梯度凝固GaAs单晶生长方法
CN116240633A (zh) 化合物正交相硒镓钡和正交相硒镓钡非线性光学晶体及其制备方法和用途
CN101550586B (zh) 一种碲化锌单晶生长技术
CN102168299B (zh) 磷硅镉单晶的生长方法
CN108330543A (zh) 一种N型SnSe单晶及其制备方法
CN106978630B (zh) 硒硅铜钡和硒硅铜钡中远红外非线性光学晶体及制备方法和用途
CN113430650B (zh) 一种中远红外晶体LiGaGe2Se6多晶原料合成方法及其单晶体生长方法
CN101275281A (zh) 锌镉碲单晶的生长和退火方法以及退火专用坩埚
CN108531975A (zh) 一种半导体合成装置和合成方法
CN108193270A (zh) 一种三元黄铜矿半导体晶体砷锗镉制备方法
CN203878235U (zh) 一种缩颈型晶体坩埚
CN103160910B (zh) Ba8Ga16Ge30热电单晶的生长方法
CN105586638A (zh) 一种铌酸钾铅压电单晶的制备方法
CN106430120A (zh) 一种硒化锗粉末的制备方法
KR101507571B1 (ko) 갈륨 아세나이드 합성장치 및 합성방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120627

Termination date: 20140402