[发明专利]一种大电致应变钛酸锶钡铁电晶体浮区生长方法

说明书

本发明提供了一种大电致应变钛酸锶钡铁电晶体浮区生长方法，解决现有方法制备Ba_1‑xSr_xTiO₃存在的成本高、铁电性能差的问题。该生长方法包括如下步骤：将BaCO₃、SrCO₃、TiO₂粉料经过球磨、烘干、过筛、预烧、二次球磨、烘干、过筛后压制成棒状，烧结后获得多晶棒，将多晶棒作为籽晶和原料棒，在垂直方向沿直线悬挂，接触点与卤素灯光斑中心处于同一水平线，升高卤素灯的功率，使籽晶和原料棒相接形成熔区并维持稳定，控制上下棒的移动，使熔区远离光斑中心点，实现结晶，最后将晶体冷却至室温。

技术领域

本发明属于晶体生长技术领域，具体涉及一种大电致应变钛酸锶钡铁电晶体浮区生长方法。

背景技术

钛酸锶钡(Ba_1-xSr_xTiO₃)作为一类新型无铅的铁电材料，不仅对环境友好，还能在室温以及较大温度范围内维持四方铁电相，同时还具有良好的介电及铁电性能，近年来持续受到关注。目前该材料的研究受限于晶体生长难度，主要集中于陶瓷材料方面。之前已经有人使用熔盐溶液法生长的铁电性钛酸钡单晶几乎获得了其所有基本的信息；尽管这些单晶没有明显的裂痕，但它们具有一定的局限性，例如：该方法生长出来的小薄片形状的单晶很难进行电学测试，只能使用两极法来进行测量；该方法生长出的单晶会有来自溶液以及来自坩埚的杂质，这导致导电性很难解释。

由于器件的小型化、集成化对晶体尺寸要求越来越小，浮区法在晶体生长方面获得了很多的应用。浮区法的主要优点是：不需要坩埚，不会被坩埚中的杂质污染，也由于加热不受坩埚熔点限制，可以生长熔点极高材料，对于一些难生长(包含提拉法不能生长的晶体)或者易污染的晶体，显示出很大的优越性；同时，浮区法生长晶体还具有如下优点：(1)可控性强，可在制备过程中及时调整激光工艺参数及材料辐照范围等；(2)合成时间短，易挥发组分来不及挥发，组分配比合成前后变化极小；(3)升降温时间短，易保留高温相；(4)生长晶体纯度高，并且也能使掺杂均匀；(5)适合生长氧化物和金属间化合物，尤其是那些熔体反应强烈和高熔点的晶体材料。当然，浮区法也有一定局限性：在晶体生长过程中，熔区的稳定是靠表面张力与重力的平衡来保持，因此，材料要有较大的表面张力和较小的熔态密度，同时浮区法对加热技术和机械传动装置的要求都比较严格。Ba_1-xSr_xTiO₃是一种高熔点大表面张力的材料，根据相图，x范围在1～4％这一极小的范围内可能可以用浮区法实现晶体的生长。在这个范围之外，生长过程中熔区很快就会变得不稳定。

文献一“韩文辉,王越,邸大伟,等.光学浮区法制备Ba_1-xSr_xTiO₃晶体[J].人工晶体学报,2014,043(006):1351-1355.”公开了一种浮区法生长Ba_1-xSr_xTiO₃晶体的方法，该方法制备得到的晶体尺寸为厘米级，无宏观缺陷并且具有良好的可见光透过性，但在该方法中，BaCO₃、SrCO₃、TiO₂的纯度分别为99.997％、99.99％、99.99％。高纯度的原料大大增加了制备样品的成本。此外晶体的禁带宽度、铁电性能、漏电流以及电致应变等性能未知。