【人工晶体微观形貌——过饱和度对KDP晶体生长及表面形貌的影响 】
李伟东 1,2，王圣来 1,2，于光伟 1，丁建旭 3，王端良 1,2，许心光 1,2
(1. 山东大学，晶体材料国家重点实验室，济南 250100；2. 山东大学，功能晶体材料及器件教育部重点实验室， 济南 250100；3. 山东科技大学材料科学与工程学院，山东 青岛 266590)
摘 要：采用原子力显微镜对 35 ℃附近，在不同过饱和度下生长的 KDP 晶体(100)面生长台阶的推移进行了系统的研究，用激光偏振干涉手段实时测量了 KDP 晶体(100)面的台阶推移速率与过饱和度之间的关系。结果表明：台阶的推移速率 ν 随过 饱度 σ 的增加而增大，过饱和度死区 σd和线性区 σ*的值分别为 0.018 和 0.033。当σ=0.07 时，晶体推移速率 ν 增加变缓，进入延长线通过原点的线性区。台阶宽度随 σ 的增加呈现出先增大后降低的趋势，当 σ=0.01、0.05 和 0.08 时，台阶聚并程度和 斜率都高；当 σ=0.08 时，晶体表面出现树枝状支台阶。在不同过饱和度区间内台阶推移方式发生的变化可能是影响台阶聚并程度和推移速率的原因。
关键词：磷酸二氢钾晶体；溶液晶体生长；过饱和度；台阶推移速率
中图分类号：O781 文献标志码：A
文章编号：0454–5648(2017)07–0955–06
网络出版时间：2017–05–19 06:47:00
网络出版地址：
http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20170519.0647.010.html
收稿日期：2016–08–28。
修订日期：2017–01–15。
基金项目：
国家自然科学基金项目(51321062)；
国家自然科学基金青年 基金项目(51202131)资助。
第一作者：李伟东(1988—)，男，博士研究生。
通信作者：王圣来(1967—)，男，博士，教授。
前言
磷酸二氢钾(KH2PO4，KDP)晶体是一种性能优良的非线性光学晶体，广泛应用在激光工程领域。 由于 KDP 晶体易结晶，成为研究晶体生长基本原理的典型晶体。随着原子力显微镜技术的不断发展，KDP 晶体的位错源结构[1‒3]、杂质影响[4‒6]、酸 碱度影响[7‒8]等在分子尺度的细节信息被不断发现。Alexandru[9]发现，KDP 晶体(100)面的生长是由多个基本生长台阶聚并而成的台阶移动的结果。在晶体生长过程中，台阶的聚并是非常普遍的现象，并容易导致晶体表面粗糙化以及生长条纹和液相包裹体的产生，从而影响晶体的质量。因此，研究晶体表面台阶的聚并对于晶体的生长具有重要的意义。
本工作将晶体生长的温度控制在 35 ℃左右，采 用激光偏振干涉技术测量了 KDP 晶体(100)面的生长速率，在不同的过饱度区间下生长 KDP 晶体， 利用原子力显微镜(AFM)观察晶体表面生长台阶的形貌，并对台阶宽度、聚并程度以及台阶斜率进行了系统的研究，分析了过饱和度与 KDP 晶体生长台阶推移规律的关系。
结论
KDP 晶体(100)面生长台阶的推移方式在不同过饱和度区间内发生变化，可能是影响晶体推移速率和台阶聚并程度的原因。在过饱和度 σ=0.01，0.05 和 0.08 时，生长台阶的聚并程度和斜率都高。在 σ=0.08 时，台阶前端出现高起的平台，并生长出分叉的台阶，呈现树枝状，这可能与E-S 势垒的存在有关。
文中部分图表
扩展阅读
1. 硫脲硫酸锌晶体(100)面台阶微观形貌及其推移
宋 洁，李明伟
(重庆大学动力工程学院，低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆 400030)
摘 要：利用原子力显微镜对硫脲硫酸锌(ZTS)晶体(100)面进行扫描实验，观察到不同形式的台阶推移过程。实验发现，螺旋台阶及其所形成的生长丘均为四边形；与聚并台阶同向推移的单台阶将加剧台阶的聚并程度，而彼此可以合并的台阶相遇则能弱化台阶聚并程度；运动方向不同的聚并台阶和“准聚并台阶”均能与单台阶共存，单台阶的运动会增加台阶的聚并程度。通过对台阶棱边能的值分析可知，随着掺杂浓度的增加，(100)面台阶的推移速率会增大，有利于晶体生长。
关键词：硫脲硫酸锌晶体；台阶推移；棱边能；原子力显微镜
中图分类号：O78 文献标志码：A
文章编号：0454–5648(2017)01–0054–10
收稿日期：2016–05–03。
修订日期：2016–07–28。
基金项目：国家自然科学基金(51176208,51476014)。
第一作者：宋 洁(1985—),女，博士研究生。
通信作者：李明伟(1964—)，男，博士，教授。
2. 多孔硅形成过程中的晶态转变
吕京美 1，程 璇 2,3
(1. 北京理工大学珠海学院，材料与环境学院，广东 珠海519088；2. 厦门大学材料学院材料科学与工程系，福建 厦门 361005； 3. 福建省特种先进材料重点实验室，福建厦门 361005)
摘 要：采用电化学阳极氧化法，对 p 型单晶硅施加 30 mA/cm2的恒定电流密度，在 40%氢氟酸溶液中和氮气保护气氛下分别极化 1、3 和 5 min，制备不同生长阶段的多孔硅样品，通过表面形貌观测及微观结构表征，获得从单晶硅到多孔硅形成过程所涉及的各种晶态组成的相对比例。结果表明：不同极化时间制得的单晶硅表面均形成了海绵状均匀分布的纳米孔洞结构。在多孔硅的形成过程中，单晶硅结构发生了显著的晶态转变和晶粒尺寸变化，导致大单晶、纳米晶和无定形态并存，晶粒直径从初期的1.41 nm 减小到并保持在 0.65 nm，而晶态的转变和晶粒尺寸的变化被认为与晶格畸变程度有关。
关键词：多孔硅；单晶硅；Raman 光谱；无定形；晶格畸变 中
图分类号：O611.2 文献标志码：A
文章编号：0454–5648(2017)01–0078–05
网络出版时间：2016–12–12 09:52:14
网络出版地址：
http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2310.TQ.20161212.0952.004.html
收稿日期：2016–04–06。
修订日期：2016–08–31。
基金项目：
国家自然科学基金项目(11372263)；
福建省特种先进材料重点实验室开放课题资助项目。
第一作者：吕京美(1980—)，女，博士，讲师。
通信作者：程 璇(1963—)，女，博士，教授。