[其他]钽酸锂晶体极化方法和装置

说明书

钽酸锂（ＬＴ）晶体极化方法和装置，属于晶体后处理技术领域，在６１０－６３０℃极化温度下，用铝作电极，可同时极化多块ＬＴ晶体，单畴完全，工艺简单，极化成本低于原有工艺的十分之一，适用于批量工业生产。本发明的极化方法和装置亦适用于极化温度在６４０℃以下的其它晶体。

本发明涉及晶体的单畴化处理技术，属于晶体后处理领域。

钽酸锂（LiTaO₃，简称LT）单畴晶体具有良好的压电、热电和电光性能，是制作宽频带高稳定性振荡器、滤波器，以及高灵敏度热电探测器和电光调制器的理想材料，广泛应用于电视工业和其它科技领域。LT晶体通常都是用Czochralski技术生长。人工培养出的毛坯具有多畴结构，使用前必须进行极化处理，使之转为单畴晶体。

极化晶体的基本原理是，在晶体Z轴两端施加一适当的直流电场，在电场作用下迫使反向畴反转，使铁电畴取向一致，即达到单畴化目的。因此，极化温度、电场强度等极化条件直接影响到单畴化的完全程度。以往的文献^1-4〕中报道的LT晶体极化条件是：660-750℃的极化温度和10-250V/Cm的电场强度。在如此高的温度下不被氧化的电极材料一般选用铂（Pt或金（Au。仅有电极还不够，为使电极与晶体间有良好的接触，还须在LT晶体Z面上用烧结或溅射的方法人工制作一层Pt或Au的导电膜。要使导电膜均匀牢固，首先将LT晶体两Z面用水磨砂纸醮水打毛，然后用超声波将晶体表面处理干净，涂上金浆后放在马弗炉里加热，常常需要二次烧金才能完成这一操作。极化完的晶体上带有贵重的Pt或Au，若回收再用，操作困难，费时费力;若不回收，则造成贵重金属的很大浪费。

山东大学晶体所曾对LT晶体的极化条件进行了系统研究^〔5〕，给出了LT晶体新的极化条件最高极化温度620℃，电场强度10V/Cm，电极材料Au。此极化条件虽可使LT晶体单畴化完全，并能大大提高晶体的消光比和光学均匀性，但仍然采用上述较繁的操作工艺，并耗用黄金，致使晶体极化成本较高。

为了克服已有技术的不足以适应批量生产的需要，本发明简化了操作步骤，减少了工时和能源消耗，避免了黄金的使用，因而大大降低了成本。

本发明在资料〔5〕的工作基础之上，选熔点为660°的铝（Al）作为电极材料，取代Au或Pt。这一改革不仅节省贵重金属，而且还可以省去在晶体上涂金浆烧制导电膜的工序。这是因为Al是一种软金属，在一定的压力下可以与晶体表面保持良好的接触。在610-630℃极化温度下，铝既不熔化，又具有良好的抗腐蚀性和导电性。为保证与LT晶体有良好接触，选柔软的纯铝箔作极化电极，铝箔厚以5-30μm为佳。

本发明的工艺是，在LT晶体1的Z面上包裹总厚度为0.1-0.5mm的多层铝箔2，0.2-0.3mm最佳;铝箔与铝导线8相连，铝箔外包上厚度均匀的耐高温纤维毡3，总厚度5-20mm，7-9mm、9-12mm最佳。其外是刚性较好的绝缘固定板4，用耐高温抗氧化夹具5以1～10Kgf/cm²的压力将其固定好，使铝箔紧贴在晶体Z面上，2-3kgf/cm²、3-5kgf/cm²的压力为佳。耐高温纤维毡可以用硅酸铝材料，也可以用石棉等其它材料。固定板可以用刚玉或高铝陶瓷等。

将上述固定好的晶体置于马弗炉6的恒温区中，靠近热电偶7的热端，将导线8与直流电源9接通，并依附图所示在线路中接上毫安表10和电压表11。直流电源可用可调式直流稳压电源，也可用干电池组。

将马弗炉以60-200℃/hr.速率升温至610-630℃，恒温0.5-2小时，待晶体温度恒定后，对其施加8-12V/Cm的直流电场，再恒定10-30分钟，然后以40-100℃/hr的速率降至室温，降温过程中不撤电场。经以上处理的LT晶体即由多畴结构转为单畴结构。

另外，若晶体两Z面不是平面时，绝缘固定板内侧的形状应与Z面形状相一致，以使铝箔与晶体有良好的接触。