[发明专利]铁、铬、锰或钴掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电晶体和晶体生长领域，具体涉及一种铁、铬、锰或钴掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法。

技术背景

压电晶体是声表面波器件的重要材料，不断发展的压电晶体是促使声表面波器件快速发展的重要因素。以扩频技术为标志的新一代无线系统中，声表面波器件由于具有大宽带、优异的通带选择性、极小的带内畸变、实时处理能力的特点而成为新一代各类宽带无线通信系统中的信后前端、中频信号处理的不可替代器件。石英、铌酸锂、钽酸锂晶体是较早被用来制作声表面波器件，其中石英的介电、压电系数和机电耦合系数相对较小，但具有良好的温度稳定性，因而适合制备对温度稳定性要求高的声表面波器件；铌酸锂晶体的机电耦合系数大、传播损耗小，是制备宽带低损耗声表面波器件的重要材料；钽酸锂也有大的机电耦合系数，声衰减最小，温度稳定性优于铌酸锂，但早期由于其熔点比铌酸锂高，生长技术复杂，故没有应用在声表面波器件上。但在1977年日本的大尺寸铌酸锂生长成功后，钽酸锂开始用被用于声表面波器件上。

在近年来，人们发展出了新型压电单晶硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄，下简记为LGS)，它具有适中的机电耦合系数、良好的温度稳定性,能够满足声表面波器件对基片材料的基本要求；其声表面波传播速率低,这对实现器件小型化非常有利；其良好的高温稳定性好有望用于高温环境，是许多高端运应用如航天领域的重要压电晶体。这些优点使得人们对LGS非常重视，对其性能、晶体生长做了大量的研究工作。由于LGS中的Ga组分原料很贵，限制了它的普及应用；且在生长中Ga存在挥发，对晶体生长的控制和晶体质量有很大影响，因而，人们对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值为1.5，且当x＝0.9时，生长晶体会出现严重开裂，因而，Al取代Ga所取得的成本降低有限。为了获得比LGS性能更优良的压电晶体，人们发展了相似结构的钽酸镓镧La₃Ga_5.5Ta_0.5O₁₄(LGT)、铌酸镓镧La₃Ga_5.5Nb_0.5O₁₄(LGN)，它们是综合性能更为优良的压电晶体。但可以看到，LGT、LGN里的Ga组分比例更高，因而成本会更高，对其普及应用带来了一定的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁、铬、锰或钴共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法，从而获得性能优良的压电单晶，在通讯、高温压力检测等领域有重要的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铁、铬、锰或钴掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体，其分子式可表示为La₃M_0.5Ga_5.5(1-x)M′_5.5xO₁₄，其中，M＝Ta、Nb，M′=Fe、Cr、Mn、Co，x的取值范围为：0<x≤1。

本发明铁、铬、锰或钴掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法，包括以下步骤：

（1）采用La₂O₃、M₂O₅、Ga₂O₃、M′₂O₃作为原料，按下列化学反应式：进行配料，将其充分混合均匀，经过压制成圆饼或圆柱形块料后，在900-1300℃下煅烧80-200小时发生固相反应后，获得生长晶体所需的多晶原料；或者混合料压制成圆饼或圆柱形块料后，可不经额外烧结直接用作晶体生长初始原料；

（2）将上述制备的晶体生长初始原料放入生长铂坩埚、铱坩埚、钼坩埚或钨坩埚内，通过感应加热或电阻加热并充分熔化，获得晶体生长熔体；然后采用熔体法晶体生长工艺-提拉法、坩埚下降法、温梯法、热交换法、泡生法、顶部籽晶法或助熔剂晶体生长方法进行生长。

所述的生长气氛可以为空气气氛、氧化气氛、氩气气氛、氮气气氛、CO₂气氛或CO气氛。