[发明专利]一种硅酸镓钡铌晶体及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅酸镓钡铌晶体及其制备方法和用途，属于压电晶体领域。

背景技术

声表面波器件(Surface Acoustic Waves，SAW)是压电晶体在电子应用方面最重要的器件。声表面波器件具有尺寸小、性能稳定、抗辐射能力强、动态范围大、能实现多种复杂信号处理等优点，大量应用于民用技术领域。近年来，随着半导体工艺水平提高，高频声表面波器件与谐振器生产已成为可能，应用领域不断扩大，几乎覆盖了全部通信领域。例如，自上世纪80年代后期起，SAW器件在移动通信领域得到了十分广泛的应用。

α-石英晶体是“古老”的压电晶体，是SAW器件最广泛使用的基片材料，它具有频率温度系数为零、能力流动角为零、高Q值切型等特点，用作高稳定窄带滤波器与谐振器基片。近年来，由于通信(尤其是移动通信)领域快速发展，对α-石英晶体及器件的需求不断增加。

铌酸锂晶体(LiNbO₃)是另一种用于SAW器件基片的压电晶体材料。它最突出的特点是具有高的机电耦合系数，可用作宽带低插损滤波器基片，但是频率温度稳定性能差是制约其应用的最大瓶颈。

近年来，随着电子通信产业发展，尤其是移动通信终端设备从2G向2.5G、3G过渡，迫使研究人员寻找综合压电性能优于α-石英晶体的新型压电晶体材料。法国电信中心Bagneux实验室，俄罗斯科学院晶体研究所等均开展了新型压电晶体研究，包括新型压电晶体生长、性能表征与相关器件开发。

硅酸镓镧晶体(La₃Ga₅SiO₁₄，LGS)是近年来备受关注的新型压电晶体，其具有压电系数大(α-石英的2～3倍)、机电耦合系数高(α-石英的2～3倍)、存在零频率温度系数的切型、高温无相变等优点。该晶体属三方晶系，32点群，空间群P321。该晶体结构中包含4种不同的阳离子位，称为A、B、C、D四种晶格位置，见附图1。其中A位阳离子处于由8个氧离子构成的十面体中心位置，B位阳离子处于由6个氧离子构成的八面体中心位置，C位和D位阳离子分别处于由4个氧离子构成的四面体中心位置，D位阳离子所在四面体略小于C位阳离子所在四面体。所以La₃Ga₅SiO₁₄晶体结构又被表述为A₃BC₃D₂O₁₄。在La₃Ga₅SiO₁₄晶体中，La³⁺占据A位，Ga³⁺分别占据着B位和C位，同时与Si⁴⁺“混合”占据着D位，即D位是由Ga³⁺和Si⁴⁺共同随机占据的。这种D位离子的随机性直接影响了晶体成分的均一性，故而不利于晶体性能的稳定性，所以La₃Ga₅SiO₁₄晶体被称之为是无序的。在La₃Ga₅SiO₁₄晶体的这种结构中，A、B、C、D位四种阳离子能被其它离子替换，形成多达一百多种的硅酸镓镧异质同构体化合物。近年来，为了探索性能更优异且容易生长的压电晶体，人们对硅酸镓镧的异质同构体化合物也开展了广泛的研究，已报到的晶体包括La₃Nb_0.5Ga_5.5O₁₄(LGN)、La₃Ta_0.5Ga_5.5O₁₄(LGT)、Sr₃NbGa₃Si₂O₁₄(SNGS)、Sr₃TaGa₃Si₂O₁₄(STGS)、Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄(CNGS)和Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄(CTGS)等。