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人工晶体入选产业结构指南:激光晶体市场研究报告

2013-07-08 10:30
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  人工晶体一般分为激光晶体、非线性光学晶体、半导体晶体、闪烁晶体、光学晶体、压电晶体、双折射晶体、超硬晶体、绝缘晶体等。因其能实现电、光、声、热、磁、力等不同形式的能量转换和相互作用,成为高新技术和现代军事技术中不可或缺的关键性功能材料,广泛用于制导、测距、成像、光电对抗、激光战术武器、导弹、火箭等现代军事技术以及卫星、载人飞船、通讯、计算机、医疗、核物理、探测、家用电器、工业电子设备等领域。近年来,人工晶体市场需求持续增长。

  人工晶体用于制作信息功能材料,主要品种有:硅单晶和制作高频电子器件的RF半导体、水晶电子材料,光电材料中的化合物半导体以及红绿蓝发光器件和全固态激光器用人工晶体,石英光纤的光子材料,光学部件用人工晶体,非线性晶体光学材料,集成光路衬底用人工晶体,等等。人工晶体在电子、光电子和光子材料中应用范围广,在高科技领域发挥着重要作用。

  《产业结构调整指导目录(2011年本)》将“信息、新能源、国防、航天航空等领域用高品质人工晶体材料制品和器件生产装备技术开发”列为鼓励类项目,支持高品质人工晶体材料发展,随着战略性新兴产业的不断发展,人工晶体材料将会发挥更大的作用。

  BGO闪烁晶体:中国获得辉煌成就的领域

  随着研究技术的进步,科学家开发生长出了越来越多的人工晶体,从极其难生长的金刚石晶体到很常见的氯化钠晶体,都可以在实验室进行人工制备。人工晶体的应用也是涉及到方方面面,比如用于集成电路、太阳能电池的单晶硅和高功率激光的非线性光学晶体。在种类繁多的人工晶体中,有一类晶体尤其受到科研人员的关注,那就是闪烁晶体(BGO晶体)。

  提到闪烁晶体,我们似乎感到很陌生,但是,我们中国人曾在这个领域取得了辉煌的成就。通常应用的闪烁晶体材料都是人工培育生长出来的,种类也很多,从化学成分来讲有氧化物、卤化物等。

  宇宙的形成、基本结构等奥秘一直是人类未解之谜,目前的一种共识是宇宙是通过大爆炸形成的,开始时,温度非常高,有电子、重电子、“层子”等高能量的小粒子。在随后的冷却过程中,这些小粒子逐渐变成质子、原子核、原子。为了探索宇宙形成、演变的奥秘,需要模拟宇宙形成时的条件,追踪小粒子的状况,从而获得宇宙形成时的信息。利用正负电子对撞机可以人工模拟宇宙刚爆炸时的温度,但是那些小粒子却不能通过常规的科学手段进行观察,因此,需要一双特别的“眼睛”来探测这些高能小粒子。闪烁晶体能在高能粒子(X射线或γ射线等)的辐射下发出可见光,与其他荧光材料(如荧光粉)不同,闪烁晶体是巨大的单晶体,它所发出的荧光能透过材料本身,而其他荧光材料只是粉末状的微晶,不透光。因此,闪烁晶体可测量入射粒子的能量和位置,可作为探测高能粒子的“眼睛”。

  BGO晶体由于具有密度大、化学稳定性好、不溶于水或有机溶剂、机械强度高等优良性能,是一种理想的闪烁晶体材料。生长高质量BGO晶体必须具备以下条件:高纯原料,严格配比,苛刻的生长环境,氧化气氛。目前BGO单晶体主要通过提拉法和坩埚下降法生长。自1965年第一根GBO单晶成功生长以来,BGO晶体经历了跨越式发展,不仅在高能物理、核医学成像领域有广泛应用,在核燃料扫描、地质勘探等方面也有重要作用。

  二十世纪八十年代,欧洲核子研究中心开始建造当时世界上能量最高的正负电子对撞机(Large Electron-Positron collider,简称LEP)。LEP位于瑞士和法国边界,周长27公里,包括ALEPH、DELPHI、L3和OPAL四个大型实验设施。其中,L3是进行宇宙线缪子和推断大气中微子能谱的精确测量装置,由著名美籍华裔科学家丁肇中教授负责。L3的核心部件是电磁量能器,用以探测高能粒子和探索宇宙形成时的奥秘。要求闪烁晶体不仅具有高密度、快衰减和高抗辐照性,还需要价格低廉、批量生产、尺寸巨大。因此,只有性能优良的高质量、大尺寸BGO晶体满足其要求。通过克服坩埚漏料、成分不均匀等技术难题,在改进的坩埚下降工艺技术的基础上,中国科学院上海硅酸盐研究所成功实现了高质量、大尺寸BGO晶体的批量化生产,为欧洲核子中心和GE公司等科研生产机构提供了大量的高质量BGO晶体,在国际上赢得了相当高的荣誉。

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