[發明專利]一種高熔點摻雜元素的多晶料合成方法

有效

• 申請號: 201710381775.1
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107151142B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 宋偉;劉宏;王孚雷;李勇;康學良;溫旭杰;桑元華;崔坤;施旭霞
• 申請（專利權）人: 中電科技德清華瑩電子有限公司
• 主分類號: C30B35/00
• 分類號: C30B35/00;C04B35/495;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 李杰

本發明涉及一種高熔點摻雜元素的多晶料合成方法，先用液相法合成高濃度、固定摻雜濃度的多晶料前驅體，將所需摻雜元素的氧化物、以及基材原料溶解于有機酸中，使其與有機酸完全反應，形成均一的透明的溶液。再對透明溶液采用噴霧干燥技術得到摻雜均勻的多晶料的前驅體，這樣的前驅體顆粒，使摻雜離子能均勻地摻入前驅體顆粒中，再低溫煅燒得到均勻摻雜的多晶料。再將這些液相法得到的摻雜多晶料與固相法配制的多晶料混勻，可以通過調節液固相原料的比例來配置系列濃度原料，最后壓塊煅燒得到成分均勻摻雜的多晶料。本發明既可以大批量工業化應用，也可以快速滿足實驗室系列摻雜濃度研究的需要。

技術領域

本發明涉及綜合利用液相法和固相法的一種高熔點摻雜元素的多晶料合成方法，屬于無機材料制備領域。

背景技術

在單晶生長中，因傳統晶體中含有大量的本征缺陷，這些本征缺陷嚴重影響了晶體的多種物理性質，從而影響其應用。通過一定濃度的元素摻雜，能夠改善大大晶體的性能，特別是稀土離子的摻入，可以使晶體獲得更多新的性能。所以晶體生長中，越來越多的摻雜改性應用。隨著摻雜的廣泛應用，摻雜均勻性造成的晶體質量和相應的性能下降，逐漸成為限制其應用范圍的重要因素。

傳統的固相法合成多晶料，方法簡單，制備速度快，能夠大量地制備多晶料，但是往往由于摻雜元素的氧化物熔點極高，極易導致摻雜元素在晶體中分布不均勻，自身團聚，以獨立相存在于熔體中，或者在晶體生長過程中不能完全熔化，不能很好地進入晶格，造成摻雜晶體中出現摻雜富集的包裹體，從而形成雜質缺陷。以摻雜氧化鎂的同成分鈮酸鋰晶體為例，同成分鈮酸鋰的熔點約為1240℃，而氧化鎂的熔點則為2852℃，所以在熔體提拉法生長晶體的過程中，氧化鎂獨立相是幾乎不可能熔化的。而液相法合成多晶料工藝可以在原子級別促進摻雜元素在晶格中的均勻分布，山東大學曾提出利用水浴加熱鹽酸溶解氧化鈮，讓鋰、鈮、鎂在溶液中實現離子級均勻混合，然后噴霧干燥形成摻鎂鈮酸鋰前驅體，最后720℃低溫煅燒得到球狀均勻的鈮酸鋰顆粒，這種方法在高品質鎂摻雜鈮酸鋰晶體的基礎研究階段能夠實現鎂離子的均勻摻雜，對晶體質量的提高具有很大的作用，但是其制備過程較繁瑣，工藝工序比較復雜，造成多晶料的制備成本很高，不適用于批量化晶體的生產，尤其是在小摻雜濃度的多晶料配比中，過多的工藝流程和過低的濃度勢必造成摻雜元素的損失。

所以綜合以上兩種方式的優勢，我們的合成辦法，采用摻雜元素高濃度與小份額主體多晶料液相法合成粉料，然后再與大份額固相法無摻雜濃度的多晶料進行混和均勻，然后壓料的工藝，該工藝在工業生產和實驗室應用中比較有優勢。液相法與固相法相結合的方法，既能利用液相法將高熔點的摻雜元素混合均勻，還能利用固相法合成的便利，節約時間和成本優勢，非常有利于工廠規模生產。實際工業生產中，只需調整第一步液相法合成中摻雜元素的種類和濃度，就可以非常便捷地完成某種晶體系列摻雜元素及摻雜濃度的多晶料合成制備，這種配料方式無論在科研實驗還是工業生產中都非常有優勢。

均勻摻雜的大尺寸單晶的社會需求在增大，伴隨著晶體生長和后處理技術的成熟，要求這種均勻摻雜的多晶料能夠實現批量化、低成本的制備，需要改進多晶料的制備工藝。因此實現晶體配料摻雜的均勻性和快速性迫在眉睫，如何既保證摻雜均勻，又能保證批量化生產是亟待解決重要的研究課題。

發明內容

針對現有配料技術中，液相法繁瑣的工序和固相法摻雜不均勻的問題，結合目前科研和工業對高品質均勻摻雜晶體的需求，本發明要提供綜合利用液相法和固相法的一種高熔點摻雜元素的多晶料合成方法，解決工業化的大批量應用和實驗室快速配置一系列不同摻雜濃度多晶料的需要。

本發明提供一種高熔點摻雜元素的多晶料合成方法，包括如下步驟：