[發(fā)明專利]鐵、鉻、錳或鈷與鋁共摻雜的鉭酸鎵鑭、鈮酸鎵鑭晶體及其熔體法生長方法

有效

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• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103952762A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張慶禮;張琦;孫貴花;呂志萍;竇仁勤
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽火天晶體科技有限公司
• 主分類號: C30B29/30
• 分類號: C30B29/30;C30B17/00;C30B15/00;C30B11/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及壓電晶體和晶體生長領(lǐng)域，具體涉及一種鐵、鉻、錳或鈷與鋁共摻雜的鉭酸鎵鑭、鈮酸鎵鑭晶體及其熔體法生長方法。?

技術(shù)背景

壓電晶體是聲表面波器件的重要材料，不斷發(fā)展的壓電晶體是促使聲表面波器件快速發(fā)展的重要因素。以擴頻技術(shù)為標志的新一代無線系統(tǒng)中，聲表面波器件由于具有大寬帶、優(yōu)異的通帶選擇性、極小的帶內(nèi)畸變、實時處理能力的特點而成為新一代各類寬帶無線通信系統(tǒng)中的信后前端、中頻信號處理的不可替代器件。石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰晶體是較早被用來制作聲表面波器件，其中石英的介電、壓電系數(shù)和機電耦合系數(shù)相對較小，但具有良好的溫度穩(wěn)定性，因而適合制備對溫度穩(wěn)定性要求高的聲表面波器件；鈮酸鋰晶體的機電耦合系數(shù)大、傳播損耗小，是制備寬帶低損耗聲表面波器件的重要材料；鉭酸鋰也有大的機電耦合系數(shù)，聲衰減最小，溫度穩(wěn)定性優(yōu)于鈮酸鋰，但早期由于其熔點比鈮酸鋰高，生長技術(shù)復(fù)雜，故沒有應(yīng)用在聲表面波器件上。但在1977年日本的大尺寸鈮酸鋰生長成功后，鉭酸鋰開始用被用于聲表面波器件上。?

在近年來，人們發(fā)展出了新型壓電單晶硅酸鎵鑭(La₃Ga₅SiO₁₄，下簡記為LGS)，它具有適中的機電耦合系數(shù)、良好的溫度穩(wěn)定性,能夠滿足聲表面波器件對基片材料的基本要求；其聲表面波傳播速率低,這對實現(xiàn)器件小型化非常有利；其良好的高溫穩(wěn)定性好有望用于高溫環(huán)境，是許多高端運應(yīng)用如航天領(lǐng)域的重要壓電晶體。這些優(yōu)點使得人們對LGS非常重視，對其性能、晶體生長做了大量的研究工作。由于LGS中的Ga組分原料很貴，限制了它的普及應(yīng)用；且在生長中Ga存在揮發(fā)，對晶體生長的控制和晶體質(zhì)量有很大影響，因而，人們對LGS中的Ga替代做了大量工作，以Al替代Ga即La₃Ga_5-xAl_xSiO₁₄，但是Al替代的LGS的最大x值為1.5，且當x＝0.9時，生長晶體會出現(xiàn)嚴重開裂，因而，Al取代Ga所取得的成本降低有限。為了獲得比LGS性能更優(yōu)良的壓電晶體，人們發(fā)展了相似結(jié)構(gòu)的鉭酸鎵鑭La₃Ga_5.5Ta_0.5O₁₄(LGT)、鈮酸鎵鑭La₃Ga_5.5Nb_0.5O₁₄(LGN)，它們是綜合性能更為優(yōu)良的壓電晶體。但可以看到，LGT、LGN里的Ga組分比例更高，因?而成本會更高，對其普及應(yīng)用帶來了一定的困難。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鐵、鉻、錳或鈷與鋁共摻雜鉭酸鎵鑭、鈮酸鎵鑭晶體及其熔體法生長方法，從而獲得性能優(yōu)良的壓電單晶，在通訊、高溫壓力檢測等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：?

一種鐵、鉻、錳或鈷與鋁共摻雜的鉭酸鎵鑭、鈮酸鎵鑭晶體，其分子式可表示為La₃M_0.5Ga_5.5(1-x-y)M′_5.5xAl_5.5yO₁₄，其中，M＝Ta、Nb，M′=Fe、Cr、Mn、Co，x、y的取值范圍為：0<x<1，0<y<1，0<x+y<1。?

本發(fā)明鐵、鉻、錳或鈷與鋁共摻雜的鉭酸鎵鑭、鈮酸鎵鑭晶體的熔體法生長方法，包括以下步驟：?

（1）采用La₂O₃、M₂O₅、Ga₂O₃、M′₂O₃、Al₂O₃作為原料，按下列化學反應(yīng)式：?進行配料，將其充分混合均勻，經(jīng)過壓制成圓餅或圓柱形塊料后，在900-1300℃下煅燒80-200小時發(fā)生固相反應(yīng)后，獲得生長晶體所需的多晶原料；或者混合料壓制成圓餅或圓柱形塊料后，可不經(jīng)額外燒結(jié)直接用作晶體生長初始原料；?

（2）將上述制備的晶體生長初始原料放入生長鉑坩堝、銥坩堝、鉬坩堝或鎢坩堝內(nèi)，通過感應(yīng)加熱或電阻加熱并充分熔化，獲得晶體生長熔體；然后采用熔體法晶體生長工藝-提拉法、坩堝下降法、溫梯法、熱交換法、泡生法、頂部籽晶法或助熔劑晶體生長方法進行生長。?