一种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法技术

本发明专利技术涉及压电晶体技术领域，尤其是一种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法，包括以下步骤：a）籽晶加工：将籽晶晶体进行定向后切割成籽晶，切割时使籽晶引晶面避开脉理缺陷；b）调配原料：先按照氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263调配原料，再考虑长晶炉中上一炉长晶后的残留底料对下一炉长晶的影响，通过计算的居里温度预估值进一步调节原料配比；（c）晶体生长：将调配好的原料放入热场中的坩埚内，升温使原料熔融，对熔融液进行保温预热后，下降籽晶与熔融液接触，籽晶缩颈后保温，进入晶体自动生长；d）晶体收尾：调整温度、转数进行长晶收尾，再提拉晶体脱离液面；e）晶体退火：当晶体脱离液面后，在炉内进行原位退火，再降至常温。再降至常温。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法


[0001]本专利技术涉及压电晶体领域，具体领域为一种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于高频段、多频段通信在以手机为代表的无线通信上的广泛使用，对于声表面波滤波器（SAW）的需求大幅增加，其质量要求也更高。随着声表面波技术的不断发展，声表面波器件的应用领域不断扩大，可以应用在手机、多媒体数据广播系统（如VOD等）、汽车电子、无线LAN及数字电视中，增加了SAW器件的市场需求。同时，通讯器材的小型化，要求各个部件制作更为精密，使SAW同样趋于小型化。
[0003]国内现有铌酸锂产品以4英寸为主，对于大尺寸(6英寸、8英寸、10英寸)铌酸锂单晶生长来说，存在生长界面温场调控困难、继承性缺陷多、晶体热应力大等问题，极易导致晶体开裂。同时大尺寸铌酸锂晶体存在较高的边际温度，使得锂离子易高温挥发，导致铌酸锂晶体中含有大量的本征缺陷，以及晶体居里温度不稳定且一致性差，严重影响晶体的质量，限制了其在许多领域的应用。公开号为CN113529170A的专利技术专利公开了一种超大尺寸铌酸锂单晶的生长方法，采用提拉法制备小尺寸晶体，在小尺寸晶体生长结束后提拉一段细颈，然后进入扩肩、等径和收尾阶段，完成超大尺寸铌酸锂单晶的生长，以此解决中心热量对流不利问题，此专利使用小尺寸晶体生长大尺寸晶体的方式，容易导致晶体本征缺陷的延申。公开号为CN111206282A的专利技术专利公开了一种8英寸铌酸锂晶体的生产方法，采用多层温场，保证温场均匀无突变，避免晶体多晶和开裂；制备多晶原料时进行多次混合烧料，确保晶体居里温度稳定，此专利对于连续生长过程中居里温度调控未有涉及说明；公告号为CN105525355B的专利技术专利公开了 大尺寸蓝宝石晶体原位退火工艺，蓝宝石晶体生长完成后，晶体保持原位，采用分阶段保温退火降低大尺寸蓝宝石的位错密封，最大限度的消除晶体内应力，此专利对于原位退火时热场保温结构未作调整。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供大尺寸铌酸锂晶体的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法，包括以下步骤：a）籽晶加工：根据需要生长的铌酸锂晶体轴向选取籽晶晶体，将籽晶晶体定向后切割成长方体块并六面通光，同时在集光灯下标记出籽晶块的脉理缺陷，将长方体块切割成籽晶时，使籽晶引晶面避开脉理缺陷；b）调配原料：判断长晶炉内是否有上一炉长晶后的残留底料，若没有残留底料，则按照氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263调配原料；若有残留底料，则测量坩埚中残留底料的居里温度a和质量A，并按照氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263初步确定填加原料的质量B和居里温度目标值b，则生长晶体的居里温度预估值为c，，若预估
值c低于目标值b，则需要另外添加碳酸锂的质量为Bθ(b
‑
c)，其中，θ为0.8
‰
~1
‰
；若预估值c高于目标值b，则需要另外添加氧化铌的质量分数为Bγ(b
‑
c)，其中，γ为1%~1.5%，最终使得预估值等于目标值，以获得最优的居里温度；c）晶体生长：将调配好的原料放入铂金坩埚，再将坩埚放入热场中，升温使铌酸锂原料熔化形成熔融液，对熔融液进行保温预热，预热完成后，下降籽晶与熔融液接触，籽晶缩颈后保温，进入晶体自动生长；d）晶体收尾：当晶体达到目标长度后，调整温度、转数进行长晶收尾，再按30
‑
60mm/min的提拉速率进行晶体脱离液面操作；e）晶体退火：当晶体脱离液面后，热场内部温度梯度控制在5
‑
10℃/dm，在1200
‑
1250℃保温10
‑
12h，完成晶体退火，再按30
‑
50℃/h，降至常温。
[0006]其中，步骤a）中，根据需要生长的铌酸锂晶体轴向选取合适的籽晶晶体。由于铌酸锂晶体存在较高的本征缺陷，且存在继承性，一般根据需要生长的晶体轴向使用偏向晶体加工籽晶生长，如生长Y向铌酸锂晶体，则选用X或Z向籽晶晶体；生长Z向铌酸锂晶体，则选用X或Y向籽晶晶体；生长X向铌酸锂晶体，则选用Y或Z向的籽晶晶体，且由于脉理缺陷为铌酸锂晶体的固有缺陷，如使用带有脉理缺陷的晶体引晶，势必会增加晶体孪晶产生的概率，造成晶体开裂，所以将籽晶晶体定向完成后，切割成长方体籽晶块并进行六面通光检查，在集光灯下标记出籽晶块的脉理缺陷，保证后续切割成籽晶时，籽晶引晶面不涉及脉理缺陷。
[0007]其中，步骤b）中，判断长晶炉内是否有上一炉长晶后的残留底料，若炉内没有残留底料，故可直接按氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263混合原料后直接进行长晶，使得生长铌酸锂晶体的居里温度控制在目标值1141~1143℃之间；若长晶炉内有上一炉长晶后的残留底料，且该部分残留底料在高温环境下产生过离子挥发，若仍按照氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263调配原料后进行长晶，则会影响结晶质量，使得后续生长晶体的居里温度产生差异，甚至偏离目标值。本专利中，考虑了长晶炉中残留底料对下一炉长晶的影响，测量长晶炉残留底料的居里温度和质量，再通过计算的居里温度预估值进一步调配原料，使得铌酸锂晶体的居里温度控制在目标值1141~1143℃之间，在保证晶体生长质量的情况下，实现持续性长晶。
[0008]其中，步骤c）中，升温速率控制在100
‑
200℃/h，加热至1200～1400℃使铌酸锂原料熔化形成熔融液，使用红外温度计检测温度，调控温度，对熔融液进行保温预热，预热完成后，按8
‑
10mm/min的速率下降籽晶与熔融液接触，籽晶缩颈至2
‑
3mm，保温1
‑
2h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长，晶体生长阶段的转数控制在4
‑
8rpm，拉速控制在0.5
‑
1mm/h；其中，步骤c）中，原料熔融液的预热时间为90
‑
100min，预热温度为1350
‑
1380℃。为了更好的使原料对流，提升引晶质量，导入了预热工艺，同时预热温度过高会导致居里温度下降，所以需要对时间进行管控；其中，步骤d）中，晶体切离前对生长参数调整，其中，提升温度值10
‑
20℃，转数提高1
‑
2rpm，保温10
‑
15min进行收尾，可以减小晶体底凸，降低晶体底部应力；其中，步骤e）中，当晶体生长完成后，按照常规炉内原位退火时，由于长晶时采用的热场梯度较大，晶体所处位置热场的均匀性很难控制在2
‑
3℃以内，本专利通过增加热场上部副加热器，并使用热电偶实时监测晶体切离后所处位置的温度情况，同时根据监测结果，加盖热场上部保温层降低温度差异，保证热场温度的均匀性。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）在籽晶加工过程中，通过对籽晶加工轴向的选择、籽晶加工脉理缺陷的管控，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a）籽晶加工：根据需要生长的铌酸锂晶体轴向选取合适的籽晶晶体，将籽晶晶体定向后切割成长方体块，再将长方体块切割成籽晶时，使籽晶引晶面避开脉理缺陷；b）调配原料：判断长晶炉内是否有上一炉长晶后的残留底料，若没有残留底料，则按照氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263调配原料；若有残留底料，则测量坩埚中残留底料的居里温度a和质量A，并按照氧化铌和碳酸锂的质量比1000：261~263初步确定填加原料的质量B和居里温度目标值b，则生长晶体的居里温度预估值为c，，若预估值c低于目标值b，则需要另外添加碳酸锂的质量为Bθ(b
‑
c)，其中，θ为0.8
‰
~1
‰
；若预估值c高于目标值b，则需要另外添加氧化铌的质量分数为Bγ(b
‑
c)，其中，γ为1%~1.5%；c）晶体生长：将调配好的原料放入热场中坩埚，升温使铌酸锂原料熔化形成熔融液，对熔融液进行保温预热后，下降籽晶与熔融液接触，籽晶缩颈后保温，进入晶体自动生长；d）晶体收尾：调整温度、转数进行长晶收尾，再提拉晶体脱离液面；e）晶体退火：当晶体脱离液面后，在炉内进行原位退火，再降至常温，退火时，热场上部具有副加热器和保温层，热场内部温度梯度控制在5
‑
10℃/dm。2.根据权利要求1所述的大尺寸铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于：所述步骤a）中，根据需要生长的铌酸锂晶体轴向选取籽晶晶体的具体方法为：生长Y向铌酸锂晶体，则选用X或Z向籽晶晶体；生长Z向铌酸锂晶体，则选用X或Y向籽晶晶体；生长X向铌酸锂晶体，则选用Y或Z向的籽晶晶体。3.根据权利要求1所述的大尺寸铌酸锂晶体的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秋峰，张忠伟，钱煜，张鸿，汪万盾，
申请(专利权)人：天通凯巨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：