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锑化镓是晶体材料的“大宝石”

时间:2018-08-20  已阅读过:次

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    在外层空间微重力的条件下,克服了地面上无法避免的重力对流、沉降等不利因素,可以生长出在地面难以得到的晶格缺陷少、组分均匀、结构完整、性能优良的晶体材料,科技人员把这些晶体材料形象地比喻为“摘自九天的珠宝”。
    作为一项重要的实验内容,空间材料科学实验继续列入了“神舟”三号应用系统试验任务。该项目的技术负责人、中国科学院物理研究所研究员聂玉昕介绍说,中国科学院物理所、半导体所等6个研究所和航天科技集团的一个研究所的科技人员参与了该项实验。此次在“神舟”三号上继续使用多工位空间晶体生长炉开展了多种重要晶体的空间实验,各项实验步骤进展得都非常顺利,目前科技人员正在对回收的空间样品进行对比分析。
    我国空间材料科学研究始于1986年,在“863”计划开始后不久,我国就开始组织科研人员对空间材料科学进行比较系统的调研和介入。在“神舟”飞船发射之前,科技人员就已利用返回式卫星,成功地开展了多次空间材料科学实验。
    据了解,通过这些科学实验,我国科技人员成功地得到了空间生长的砷化镓单晶。砷化镓是一种制备半导体器件的关键材料,在微波通讯、光通讯及超高速计算机方面起着重要的作用,如利用砷化镓研制集成电路制造的高速计算机,运算速度可提高千百倍。但由于重力的影响,在地面研制的砷化镓单晶材料存在均匀性差、缺陷多、纯度低、不稳定等诸多“缺点”,而在卫星上生长的砷化镓单晶则没有杂质条纹,材料均匀性好,点缺陷少,整体性能有很大的提高。
    晶体材料的生长要经过加温、控温、熔化、凝固、结晶等过程,因此对晶体加热炉的“硬件”要求很严格。另外,由于在空间开展实验机会难得,还要求晶体材料的生长装置能一次进行多种不同晶体的实验。为此,我国的科研人员研制了多套空间材料科学研究实验设备,多工位空间晶体生长炉便是其中之一。
    此次搭载“神舟”三号的多工位空间晶体生长炉在“神舟”飞船前两次的发射中都圆满完成了预定的实验目标。在“神舟”三号自主飞行的7天里,通过自动控制程序进行移动换位,多工位空间晶体生长炉先后完成了6个工位多种材料的空间处理。聂玉昕介绍说,这些选送上天的材料都是在地面上已有很好的理论研究基础,并具有巨大的产业应用前景。如锑化镓晶体是制造微波器件、微波集成电路和超高速集成电路的关键电子材料;碲锌镉晶体是制造红外探测器的基底材料;氧化物激光晶体硅酸铋是一种重要的光信息存储功能材料;钯镍铜磷、铝镁硅等都是重要的新型合金材料,在航天、航空领域有重要的应用前景。
    与“神舟”一号和二号相比,在“神舟”三号上进行的空间材料科学实验内容更加丰富。例如,在“神舟”二号已经进行了锑化镓单晶的生长实验,而在“神舟”三号上,科技人员将锰元素掺入了锑化镓单晶,以研究这种新型磁性材料的物理特性和基本规律。

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