[发明专利]具有窄的表面声波属性分布的铌酸锂晶片

说明书

技术领域

本发明一般涉及制作晶体的方法，更具体地涉及实现表面声波器件(“SAW”)的高可再现性能的晶体的生长和规范。

背景技术

铌酸锂(LN)供应商通常区别对待用于光学应用的LN和用于表面声波(SAW)应用的LN。因为用于光学应用的晶体通常需要更好的均匀性和较低的光损耗，所以光学LN晶体通常使用纯度较高的起始材料、长度较短的晶体、每次生长过程中熔体体积到晶体体积的较低的固化率以及对所生长晶体的更严格检视。光学材料生长的这种低效率转化为成品光学晶片比SAW晶片高的成本。

在许多应用中，例如在TV接收器和移动通信基站中，使用由LN衬底制造的SAW滤波器。这种滤波器的目的一般在于使通带中的信号频率通过，并且显著衰减阻带中的信号频率。高性能滤波器经常要求将某些频率衰减至与通带频率相比小于-65dB。

由于衬底SAW速度的偏移改变滤波器的频率响应，其对滤波器的制造产量不利。因此，SAW晶片客户不仅要求晶片内有良好的速度均匀性，而且要求长时间段内在晶片之间以及从不同晶体切割下来的晶片之间有良好的速度均匀性。同时，SAW衬底需要有高的成本有效性，以瞄准客户对电子设备降价的预期。对于晶体制造商来说，由熔体生长LN晶体要求将最大量的熔体转换成有用的晶体材料，同时将SAW速度控制在窄范围内。已经表明的是，LN的SAW速度变化的主要因素是组分从同成分的偏离(K.Yamada，H.Tekemura，Y.Inoue，T.Omi以及S.Matsumura，“Effect of Li/Nb Ratio on the SAW Velocity of 128°Y-X LiNbO3 Wafers(Li/Nb比率对128°Y-X LiNbO3晶片的SAW速度的影响)”，Japanese Journal of Applied Physics 26-2(supplement 26-2)，219-222(1987))。对于常用的LN 128°晶片来说，由于组分变化而引起的SAW速率从中心值的偏离是每mol％氧化锂10900ppm。其它定向的铌酸锂或者可以由接近同成分的熔体生长的晶体也表现出SAW速度随组分变化而偏移。

均匀的晶体能够由同成分组分生长而成，从而制造出组分与熔体相同的晶体。LN生长的早期工作已经确定同成分组分为Xc＝[Li]/([Li]+[Nb])＝48.6％(J.R.Carruthers，G.E.Peterson，M.Grasso以及P.M.Bridenbaugh，“Nonstoichiometry and Crystal growth of Lithium niobate(铌酸锂的非化学计量和晶体生长)”，J.Appl.Phys.42，1846-1851(1971))。这个值后来被改进，首先是由Abrahams改进为48.45％，并且最终被Bordui改进为48.38％。(S.C.Abrahams和P.Marsh，“Defect structure dependence on composition in lithium niobate(依赖于铌酸锂的组分的缺陷结构)”，Acta Crystallogr.，Sect.B：Struct.Sci.42，61(1986)，以及P.F.Bordui，R.G.Norwood和J.L.Nightingale，“Composition for growth of homogeneous lithium niobate crystals(均质铌酸锂晶体的生长组分)”，US 5,310,448(1994))。

LN衬底用户希望晶片间变化被控制在窄的限度内。用于规定晶体组分的可接受方法之一是使用组分与居里温度之间的相关性规定居里温度的范围，如Bordui等人所述(P.F.Bordui，R.G.Norwood，D.H.Jundt，M.M.Fejer，J.Appl.Phys.1992，71(2)，875-879)。对于光学级LN，领先的供应商坚持非常严格的居里温度规范。例如，Crystal Technology，Inc.声明光学晶片“在0.02mol％内同成分”，这等同于居里温度的±0.7℃的规范容限。SAES Getters (米兰，意大利)也声明了±0.7℃的规范范围，尽管中心值稍有不同(1140，与Crystal Technology，Inc.的1142.3℃不同)。