第六节 半导体和固体物理学
50~60年代,哈尔滨工业大学孙瑞蕃与M·Π·沙斯克里斯卡娅,在莫斯科钢铁学院共同
研究晶体滑移位错结构。最初,位错理论因解释晶体塑性变形机构而产生,后来逐渐用于解
释有关晶体机械性能的一系列现象,特别是找到观察单个位错的实验方法,更开辟深入了解
晶体塑性变形微观机构的新途径。他们选择岩盐型晶体氯化钠、氯化钾、氟化锂做实验材料
,用偏光显微镜观察明暗区域分界,晶体中双折射光带竟然代表滑移面,而滑移面两端滑移
距离总不相等。在金相显微镜上观察,双折射光带又不代表单一滑移面,只是代表很多互相
靠近的滑移面组。孙瑞蕃、沙斯克里斯卡娅证明腐蚀坑和位错之间一一对应。
哈尔滨工业大学金属物理教研室、金相教研室,用腐蚀方法研究氯化钠晶体的位错。将
纯度99.9%人工培养的单晶沿解理面劈开,所用腐蚀剂不选不易控制腐蚀程度的甲醇,而选
冰醋酸,肯定醋酸所产生的腐蚀坑和位错一一对应。
70年代,黑龙江大学郑群国、石永明,采用锗半导体材料,研制成2ACM型锗磁敏二极管
,这是一种新型磁电转换器件,其灵敏度是霍尔片的几倍至几百倍,可以广泛应用于磁电转
换、自动控制与测量技术。黑龙江大学黄得星、温殿忠,研制成2DCM型硅磁敏二极管,是具
有P-I-N结构的长二极管,新型结注入效应和载流子有效寿命调制效应的磁电转换器件。它
的电流或电压相对磁灵敏度比霍尔器件大二三个数量级,具有灵敏度高、温度特性和稳定性
好等特点。主要应用于检测磁场、无触点开关等电子技术和自动控制领域。郑群国、石永明
研制成3BCM型磁敏三极管,是具有晶体管结构的新型的电流型磁电转换器件,该器件的主要
技术指标为:磁灵敏度为±25%~±40%。
进入80年代后,哈尔滨工业大学徐崇泉、徐玉恒、范爱龄、宗瑞兰、黄荣泰、关键民、
张跃、吴再跃、吴敏,拉制优质铌酸锂单晶,供制作体电光调制器、单块双45°电光Q开关、
钛扩散铌酸锂平面光波导、铌酸锂平面光波导电光调制器、声表面波延迟线东北重型机械学
院赵德信,用迭代法计算杂质膨胀产生非均匀热应力场作用下,塞积群中刃位错分布规律,
以红宝石的钠杂质为例,检查激光晶体自破坏原因。
黑龙江大学黄得星、温殿忠,研制成3CCM型硅磁敏晶体管,具P-N-P型结构的新型磁电
转换器件,集电极电流Ico磁敏度比霍尔元件大一二个数量级,具有灵敏度高、温度系数小、
稳定性好等特点。
哈尔滨工业大学蒋宏第、高元恺、徐玉恒、万立德将铌酸锂掺银单晶薄膜用液相外延方
法生长获得成功,认定液相外延是获得高质量铌酸锂单晶薄膜的最好方法。同年,高元恺与
意大利米兰大学Y·格莱里、M·古契,在2°K~185°K温度范围内,测量由化学输运法生长
的单晶Cdln(4)Se(4)光致发光谱和发光激发谱,根据1955年H·哈恩等人发现的Cdln(4
)Se(4)光学记忆效应,推出Cdln(2)Se(4)晶体带隙中能级图和光激发载流子复合过程
模型。
东北重型机械学院赵德信、徐国忠用四原子模型分析杂质原子在刃位错附近的二维振动
特性,认为对刃位错附近的杂质振动,至少需要二维模型。
黑龙江省科学院技术物理研究所刘成武、高健民、王福林、李庆华,哈尔滨工业大学徐
玉恒、万立德、肖涤凡用反应气氛法生长吸收系数低而透过率高的氯化钾晶体。氯化钾晶体
在0.4-21(μm)透明波段吸收系数极低,受高功率激光照射而光畸变最小,常被选做二氧
化碳激光器窗口材料。因此,减少晶体中杂质含量,降低晶体光吸收系数和提高破坏阈值,
成了纯化晶体的重要目标。纯化晶体的方法尽管寻找多年,但直到1970年国际上推出反应气
氛法才得到突破性进展。刘成武等自行安排装置,克服气路堵塞、坩埚炸裂、晶体爆炸、气
泡和渗碳等一系列困难,生长出直径45毫米,长100毫米晶棒,以中国科学院长春光学精密机
械研究所积分光度法球形光度计测定,白光吸收系数(1.5×10(-3)cm(-1)较未经反
应气氛法处理的引上法生长的晶体低一个数量级,透光率最大时达98%。
哈尔滨师范大学赵秀平对硅平面型功率器件管芯的失效进行了研究,通过大量失效管芯
的统计分析得出,硅平面型功率器件管芯电学性能的失效模式主要有四种,要害是低击穿和
大漏电。采用对管芯处于偏压下的光学及红外透射显微镜的观察,以及管心温偏的实验方法
,分析其失效原因,在此基础上提出工艺措施,提高平面型功率器件管芯的合格率,为提高
整批功率器件的可靠性奠定基础。
中国科学院物理所车广灿、梁敬魁,哈尔滨师范大学王选章进行了Nd—Fe—B(B≤50at
%)三元系相图的研究。用X射线衍射、热学分析、磁性测量等手段研究了该三元系相图,主
要结果如下:
1.重新测定了Nd—Fe元系相图,确证NdFe(2)相是不存在的。
2.测定了Nd—Fe—B(B≤50at%)三元系室温横截面。在该三元系中存在三个化合物:
Nd(2)Fe(14)B,Nd(3)Fe(27)B(24),Nd(2)FeB(3)。指出:在未经退火的Nd—
Fe—B三元母合金中,存在有过冷液相(非晶)的可能性。实用Nd—Fe—B新型永磁合金,由
三相构成,主相为Nd(2)Fe(14)B,次相为Nd和Nd(8)Fe(27)B(24)。
3.测定了Nd(94)B(6)—Nd(12)Fe(82)B(6)—Nd(33.5)Fe(50.5)B(6)
和Nd(2)Fe(17)—Nd(2)Fe(14)B-Nd(8)Fe(27)B(24)纵截面。指出:在制备N
d-Fe—B三元永磁合金时,最高烧结温度不得高于1100℃,而后热处理的温度在600℃左右为
宜。
4.研究了Nd(2)Fe(14B)(N88)Fe(27)B(24)的结构和Nd(2)Fe(14)B的单相
区。Nd(2)Fe(14)B为四方晶系,a=8.800A,=12.190A,=4,空间群为P4(2)/
mnm,X射线密度D(2)=760g/cm(3),测量密度Dc=7.50g/cm(3)。在测量精度范围
内,观测不到Nd(2)Fe(14)B有单相区存在。Nd(8)Fe(27)B(24)为四方晶系a=7.
12A,=2740A,=2,Dx=7.01g/cm(3),Dc=700g/cm(3),可能的空间群为P4(2
)/n。
5.在实验的基础上讨论了Nd(2)Fe(14)B的热稳定性,并对制备Nd-Fe—B永磁合金
的粉末冶金工艺提供了解释。
与此同时,王选章还求出了Ising模型S=1具有次近邻相互作用下的体心立方反铁磁在外
场中的基态能量和零温相图,比已有文献提及的方法严格且简便。
东北重型机械学院赵德信发现人们研究晶体中杂质对晶格振动的影响虽已多年,但方法
多用格林函数和群论,数学推导艰深,对三维模型尤其困难。有人尽管用解矩阵方程研究振
动,但仅采用二维模型,没有普遍性。赵德信采用三维模型,通过简单程序求解矩阵方程,
得出杂质原子及主原子在晶体中振动的四种模式和相应的最大位移。
哈尔滨工业大学徐玉恒、万立德、肖涤凡,黑龙江省科学院技术物理研究所刘成武、李
庆华、郑虎用反应气氛法坩埚下降技术生长高纯度氯化钠晶体。氯化钠单晶是制做二氧化碳
激光器和DF激光器的窗口材料,亦可做各种红外透镜。减少晶体杂质、降低光吸收系数、提
高破坏阈值的主要途径则属反应气氛法。徐玉恒等从选择反应气氛法试剂人手,摸索生长条
件,用自制设备完成预定实验指标。
美国北卡罗莱纳州立大学R·P·加德纳、A·M亚库特、黑龙江省科学院技术物理研究所
张锦藻、北卡罗莱纳州立大学K·维格赫斯,用蒙特卡罗方法系统研究硅(锂)和锗探测器晶
体中可能发生的各种机制。所考虑的现象包括一次光电作用、一次散射后二次光电作用,把
晶体还分成上下死层、靠近死层的活层、核心部分及侧面表面层,用FORTRAN语言编写计算程
序,由VAX机进行计算得到模拟谱,对给定的能量还由计算机产生包括各个特征的模拟谱。R
·P·加德纳、亚库特、张锦藻、维格赫斯把蒙特卡罗方法计算出的全能峰和硅逃逸峰根据探
测器的分辨率加以高斯展宽,与实验谱相比较,全能峰和逃逸峰的强度以及平坦连续区的形
状和强度都得到满足。