[發明專利]帶隙可調的全無機鈣鈦礦單晶及其生長方法

有效

• 申請號: 201911280337.1
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110923813B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 張國棟;張鵬;李想;陶緒堂
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B11/00;C30B28/02
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

1.CsPbBr_2.5I_0.5晶體的生長方法，步驟如下：

（1）取2.1281g CsBr、7.3402g PbBr₂和2.5981g CsI作為多晶料合成原料置于研缽中，混合均勻并充分研磨，轉移至石英管中抽真空至10^-4 Pa并密封，將密封好的原料置于單溫區井式爐中高溫燒結，燒結工藝如下：經6 h升溫至550 °C，保溫24 h，經12 h降至室溫，得到純相鈣鈦礦晶體多晶料；

（2）取純相鈣鈦礦晶體多晶料裝入晶體生長石英坩堝中，抽真空至10^-4 Pa并密封，裝入雙溫區布里奇曼爐的生長腔內，

（3）開啟加熱裝置對雙溫區布里奇曼爐生長腔的高溫區、低溫區進行加熱，爐體升溫，高溫區650 °C、低溫區300 °C，溫度穩定后，將裝有多晶料的晶體生長石英坩堝上升移動至高溫區，使晶體生長石英坩堝位于高溫區，過熱溫度為550°C，使多晶料充分熔化，以0.3mm/h的速度將裝有多晶料的晶體生長石英坩堝下降移動至低溫區，實現晶體的生長，生長完成后將爐溫經100 h降至室溫，

雙溫區布里奇曼爐，包括爐體和旋轉下降系統，所述的爐體包括石英爐管、加熱裝置，石英爐管內空腔為晶體生長腔，加熱裝置設置在石英爐管外，在石英爐管的加熱裝置外套設有保溫套管，保溫套管為透明石英管，在透明石英管的內壁涂覆有黃金層，保溫套管緊貼加熱裝置；透明石英管的壁厚2 mm~5 mm；透明的保溫套管便于晶體生長過程中觀察爐內的生長狀況；同時，黃金層可將加熱器產生的熱量反射到爐體中心，起到保溫的作用；

在晶體生長腔內設置有晶體生長石英坩堝；晶體生長石英坩堝包括漏斗形放肩區和圓柱形等徑區，漏斗形放肩區與圓柱形的等徑區連接為一體；

圓柱形的等徑區可連接真空泵，石英坩堝抽真空后可由氫氧焰封結；

晶體生長石英坩堝漏斗形放肩區的錐角為60~120°，圓柱形等徑區的內徑為10~20 mm；

整個晶體生長腔從上到下分別為高溫區、梯度區和低溫區，加熱裝置為電阻絲加熱器，分為兩段，高溫區外設置高溫電阻絲加熱器，低溫區外設置低溫電阻絲加熱器，高溫電阻絲加熱器與低溫電阻絲加熱器之間的間距為5~15 cm；

高溫區的長度大于200 mm，低溫區的長度大于150 mm；加熱爐絲的直徑為2~3 mm；爐體最高加熱溫度為700 °C，最大溫度梯度為30 °C /cm；

所述的旋轉下降系統包括長晶桿和驅動長晶桿旋轉和下降的驅動裝置，長晶桿的頂部固定有坩堝斗，晶體生長石英坩堝置于坩堝斗內；

驅動裝置包括定子、設置在定子上的轉子和旋轉電機，旋轉電機驅動轉子轉動，長晶桿的底部穿過轉子并且底端與轉子固定連接，旋轉電機驅動轉子轉動；長晶桿的頂部位于晶體生長腔中。

2.CsPbBr_1.5I_1.5晶體的生長方法，步驟如下：

（1）取0.7039g CsBr、1.2139g PbBr₂、0.8593g CsI和1.5248g PbI₂作為多晶料合成原料置于研缽中，混合均勻并充分研磨，轉移至石英管中抽真空至10^-4 Pa并密封，將密封好的原料置于單溫區井式爐中高溫燒結，燒結工藝如下：經6 h升溫至540 °C，保溫24 h，經12 h降至室溫，得到純相鈣鈦礦晶體多晶料；

（2）取純相鈣鈦礦晶體多晶料裝入晶體生長石英坩堝中，抽真空至10^-4 Pa并密封，裝入雙溫區布里奇曼爐的生長腔內，

（3）開啟加熱裝置對雙溫區布里奇曼爐生長腔的高溫區、低溫區進行加熱，爐體升溫，高溫區650 °C、低溫區300 °C，溫度穩定后，將裝有多晶料的晶體生長石英坩堝上升移動至高溫區，使晶體生長石英坩堝位于高溫區，過熱溫度為540°C，使多晶料充分熔化，以0.3mm/h的速度將裝有多晶料的晶體生長石英坩堝下降移動至低溫區，實現晶體的生長，生長完成后將爐溫經100 h降至室溫，

雙溫區布里奇曼爐，包括爐體和旋轉下降系統，所述的爐體包括石英爐管、加熱裝置，石英爐管內空腔為晶體生長腔，加熱裝置設置在石英爐管外，在石英爐管的加熱裝置外套設有保溫套管，保溫套管為透明石英管，在透明石英管的內壁涂覆有黃金層，保溫套管緊貼加熱裝置；透明石英管的壁厚2 mm~5 mm；透明的保溫套管便于晶體生長過程中觀察爐內的生長狀況；同時，黃金層可將加熱器產生的熱量反射到爐體中心，起到保溫的作用；

在晶體生長腔內設置有晶體生長石英坩堝；晶體生長石英坩堝包括漏斗形放肩區和圓柱形等徑區，漏斗形放肩區與圓柱形的等徑區連接為一體；

圓柱形的等徑區可連接真空泵，石英坩堝抽真空后可由氫氧焰封結；

晶體生長石英坩堝漏斗形放肩區的錐角為60~120°，圓柱形等徑區的內徑為10~20 mm；

整個晶體生長腔從上到下分別為高溫區、梯度區和低溫區，加熱裝置為電阻絲加熱器，分為兩段，高溫區外設置高溫電阻絲加熱器，低溫區外設置低溫電阻絲加熱器，高溫電阻絲加熱器與低溫電阻絲加熱器之間的間距為5~15 cm；

高溫區的長度大于200 mm，低溫區的長度大于150 mm；加熱爐絲的直徑為2~3 mm；爐體最高加熱溫度為700 °C，最大溫度梯度為30 °C /cm；

所述的旋轉下降系統包括長晶桿和驅動長晶桿旋轉和下降的驅動裝置，長晶桿的頂部固定有坩堝斗，晶體生長石英坩堝置于坩堝斗內；

驅動裝置包括定子、設置在定子上的轉子和旋轉電機，旋轉電機驅動轉子轉動，長晶桿的底部穿過轉子并且底端與轉子固定連接，旋轉電機驅動轉子轉動；長晶桿的頂部位于晶體生長腔中。