[发明专利]一种压电晶体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电晶体的制造方法，特别涉及一种用泡生法生长钽酸锂，掺铁钽酸锂和铌酸锂晶体的方法，该材料应用于制作声表面波滤波器（SAW）。

背景技术

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，市场前景越来越广阔，仅声表面波滤波器就可以看到其广阔的市场前景。从20世纪90年代开始，声表面波滤波器在手机上的应用增长非常迅速，每部智能手机需要声表面波器件至少6个。2106年全球手机市场对声表面波滤波器件年需求在84亿只以上，而且还在高速增长。随着互联网的迅猛发展，全球上网的用户愈来愈多，高性能的声表面波滤波器在基于有线电视网的宽带多媒体数据广播系统（如VOD等）方面的应用也迅速发展起来。另外，在汽车电子市场、无线LAN及数字电视的传输系统中，也需要大量的中频声表面波滤波器。而多频段的使用则增加了单个设备中SAW器件的数量，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。

由于声表面波滤波器（SAW）应用领域的不断扩展，根据器件的设计要求，增加了很多非常规轴向的钽酸锂，掺铁钽酸锂和铌酸锂晶体的需求，传统产业用提拉法进行生长的技术，遇到了非常大的瓶颈，特别是一些靠近晶体解离面的轴向，无法进行生长或者良率非常低，毫无市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是提出一种压电晶体的制造方法，特别涉及一种用泡生法生长钽酸锂，掺铁钽酸锂和铌酸锂晶体的方法，晶锭可掏出2～6英寸任意轴向的晶棒，来满足声表面波滤波器（SAW）设计时各种晶体轴向的要求，特别是解决一些传统提拉法（CZ）无法生长的晶体轴向。

本发明所采用的技术方案是，一种压电晶体的制造方法，使用泡生法来生长压电晶体，晶锭可掏出2～6英寸任意轴向的晶棒,所述泡生法是在长晶过程进入等径段时，采用停止向上提拉或微提拉的方式让晶体自然生长，所述提拉速度<0.1mm/h，同时晶体不旋转，所述长晶过程中，晶体顶端位置不高于坩埚口。

压电晶体长晶的具体步骤如下，

（1）热场组装：依次安装热场，同时在铱坩埚内填入适量压电晶体原料；

（2）加热融化：采用电阻加热方式，对铱坩埚进行加热，在12～15小时时加热坩埚内温度到1260℃以上，压电晶体原料融化为熔汤；

（3）引晶：调整主加热器输出功率，液面温度在1260℃～1660℃，形成稳定的热对流，保持恒定加热输出功率5小时以上，使熔汤处于热稳定状态，从对流中心正上方放入籽晶，使籽晶和液面接触，微调整感应加热输出功率在10～100W以内，使浸入液面的籽晶重量变化不超过0.3～0.5g/h；

（4）放肩：以0.1mm/h的速度缓慢提拉籽晶，以20～100W/h的速率降低主加热输出功率，晶体重量均匀增加；（5）自动生长：当晶体每小时的重量均匀增加后，以10～50W/h的速率降低主加热输出功率，进入程序自动控制阶段；

（6）切离：晶体重量达到设定目标后，以10mm/min的速度，提拉籽晶15～30mm，晶体头部不超过坩埚口，维持加热器输出功率1～2h，然后以25～300W/h的速率降低主加热输出功率；

（7）退火：当热场内温度降低到1200～1350℃时，保持加热输出功率5小时，然后以50～150w/h的速率缓慢降低主和底加热输出功率，实现晶体退火功能；

（8）降温：当热场内温度降低到500℃后，调整感应加热输出功率的下降速率为100～300W/h，直至输出功率为零，再经过24小时的自然降温，然后拆开热场，取出晶体。

作为一种优选，制造的压电晶体为钽酸锂晶体、掺铁钽酸锂晶体或铌酸锂晶体。

作为一种优选，所述热场组装步骤中的热场结构包括外保温层、内保温层、铱环、铱坩埚、主加热器、坩埚台和底部加热器。

本发明晶体生长过程采用泡生法（KY）长晶，炉腔内部封闭，通入保护气体（氩气），使用铱金做坩埚，采用电阻加热，其特征在于长晶过程进入等径段时，采用停止向上提拉或微提拉的方式（提拉速度<0.1mm/h） 让晶体自然生长，同时晶体不旋转，长晶过程中，晶体始终不露出坩埚(即晶体顶端位置不高于坩埚口)，减少晶体热应力，提高晶体质量。根据称重信号自动升降底部加热器的加热功率，从而实现对长晶温度梯度的调节。本发明利用泡生法进行生长的技术，完全能够克服一点，生长出一个晶锭后，可进行任意轴向的掏棒。