[發(fā)明專利]一種硅酸鋁鎵鈮鈣壓電晶體及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310655286.2
• 申請日: 2013-12-05
• 公開（公告）號: CN104695017A
• 公開（公告）日: 2015-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊開南;鄭燕青;涂小牛;林全明;李亞喬;施爾畏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所;上海硅酸鹽研究所中試基地
• 主分類號: C30B29/34
• 分類號: C30B29/34;C30B15/00
• 代理公司: 上海海頌知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硅酸鋁鎵鈮鈣壓電晶體及其制備方法，屬于壓電材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電材料因其具有壓電效應，能夠?qū)崿F(xiàn)機械能和電能之間的直接相互轉(zhuǎn)換。對力、電、聲、熱等外場條件十分敏感，是一類非常重要的基礎(chǔ)功能材料，有著十分廣泛的應用。

壓電晶體是用于制作壓電器件的一類重要材料，目前α-石英憑借其優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性、低廉的生產(chǎn)成本、成熟的生產(chǎn)技術(shù)而牢牢的占據(jù)著壓電晶體的絕大部分市場份額。但其性能也存在著局限（壓電活性較低且在573℃存在相變），并不能完全滿足現(xiàn)代通訊和航天等技術(shù)的發(fā)展要求；壓電陶瓷鉍系層狀結(jié)構(gòu)（CaBi₄Ti₄O₁₅）的壓電常數(shù)接近14pC/N，但受居里溫度的限制，最高使用溫度上限不超過800℃；對于鈮酸鋰晶體，雖然其機電耦合系數(shù)較大，且居里溫度高達1170℃，但由于該晶體電阻率較低，也只能在低于600℃環(huán)境下應用。因此，探索出一種既具有較高壓電性能又能在較高溫度下使用的新型壓電晶體是非常具有實際意義的。

近年來，無線通訊技術(shù)的快速發(fā)展對壓電晶體提出了更高的要求：更大帶寬和較高穩(wěn)定性。以硅酸鎵鑭類（A₃BC₃D₂O₁₄）晶體為代表的第三代壓電晶體（石英和鈮酸鋰被分別視為第一代和第二代壓電晶體）已受到了廣泛的關(guān)注。硅酸鎵鑭類晶體屬三方晶系，32點群，P321空間群。與石英晶體相比較，硅酸鎵鑭類晶體的壓電系數(shù)和機電耦合系數(shù)是石英晶體的2～3倍、存在零頻率溫度系數(shù)的切型，且室溫至熔點（大于1300℃）無相變等優(yōu)點。從而使得此類晶體在聲體波和聲表面波器件方面有著光明的應用前景。近年來，已報道的此類晶體包括La₃Ga₅SiO₁₄（LGS）、La₃Nb_0.5Ga_5.5O₁₄（LGN）、La₃Ta_0.5Ga_5.5O₁₄（LGT）、Sr₃NbGa₃Si₂O₁₄（SNGS）、Sr₃TaGa₃Si₂O₁₄（STGS）、Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄（CNGS）、Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄（CTGS）等。

但是，原料價格的昂貴嚴重限制了硅酸鎵鑭類晶體的推廣。為探索成本低廉的硅酸鎵鑭類晶體，人們對該類晶體開展了深度研究。自2006年以來，Ca₃TaAl₃Si₂O₁₄（CTAS）和Ca₃NbAl₃Si₂O₁₄（CNAS）兩種晶體的發(fā)明，為LGS類晶體的推廣作出了巨大的貢獻。此兩種晶體在C格位上采用Al³⁺替代了Ga³⁺，由于Al₂O₃的價格遠低于Ga₂O₃，使晶體成本大幅度下降（這兩類晶體的原料成本與石英晶體相當），同時兼具優(yōu)異的壓電性能，使其在制作壓電器件方面具有很強的優(yōu)勢。但在晶體生長中發(fā)現(xiàn)，CTAS和STAS晶體結(jié)晶性較差，難以獲得無宏觀缺陷、大尺寸的單晶體，從而從技術(shù)上影響了晶體的推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和需求，本發(fā)明旨在提供一種不僅壓電性能優(yōu)良、成本較低廉、且結(jié)晶性優(yōu)異的硅酸鋁鎵鈮鈣壓電晶體及其制備方法。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種硅酸鋁鎵鈮鈣壓電晶體，其化學通式為Ca₃NbAl_(3-x)Ga_xSi₂O₁₄，簡稱CNAGS，其中，0.05＜x＜2.5（優(yōu)選1≤x≤1.5）；所述晶體具有與硅酸鎵鑭晶體相同晶體結(jié)構(gòu)，屬空間群P321、點群32。