[发明专利]硅酸镓镧压电晶体的制造方法及其制品

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸高质量LGS晶体生长技术，属于晶体生长技术领域。

背景技术

在外力的作用下有些材料发生形变时，在它的某些相对应的面上会产生异号电荷，这种没有电场作用，由于材料本身的形变产生的极化现象称为正压电效应，此类材料也就被称为压电材料。压电材料是制作压电器件的关键材料，主要用于制作滤波器、振荡器、驱动器、声学传感器、力传感器、加速度传感器以及生物传感器等电子器件，广泛的应用于电子、激光、超声、通讯、导航、航空航天、传感技术等国明经济的各个领域。

压电材料主要包括压电晶体、压电陶瓷和压电聚合物三大类。相对于其它两种压电材料，压电晶体材料在性能及其稳定性上有明显的优势。目前广泛用的压电晶体材料有：α-石英、铌酸锂、钽酸锂、四硼酸锂、铌镁酸铅和硅酸镓镧类新型压电晶体等。由于硅酸镓镧类新型压电晶体与其他压电晶体相比，具有一系列突出的优点，成为了压电晶体领域近20年来的研究热点和重点。

硅酸镓镧压电晶体（英文：langasite，化学式：La₃Ga₅SiO₁₄，以下简写为：LGS）属于三方晶系，32点群，P321空间群。该晶体具有2～3倍于石英的机电耦合系数、良好的温度稳定性，能够满足宽频带SAW（声表面波）器件的要求，而且其SAW传输速率低，有利于器件小型化，该晶体被看作是用于新一代移动通信系统制作SAW器件的重要备选材料，现已被国际电工协会（IEC）列为声表面波用晶体材料之一。另外由于其优异的压电性能，还可用于生物传感器，如：微天平等等。同时，LGS晶体室温至熔点1476℃无相变，其使用温度可高达900℃，高温下显示出优异的压电性能，这使得该晶体在制作高温压电器件方面成为重要的备选材料。利用LGS晶体的制作的高温压力传感器，可用于制作航天器、飞机和汽车等的发动机传感器，监测发动机内部压力，为发动机研究提供必要的数据。目前，此类型的传感器在国外已经用于发动机的研究。

有关LGS晶体压电应用的研究工作以国外为主，俄罗斯Fomos公司和日本三菱电子材料与器件公司已能够提供4英寸的LGS晶体，并在第三代移动通信设备SAW滤波器基片获得批量应用；著名滤波器和传感器制造商美国某公司已开始LGS晶体传感器器件的商业化生产。美国和日本的科学家申请了多项相关材料和器件的专利。国内关于LGS系列晶体的研究工作起步较晚，主要研究单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、中电集团第26研究所、山东大学等。特别是中国科学院上海硅酸盐研究所经过近10年的潜心研究，攻克了大尺寸高质量的LGS晶体生长技术，把国内LGS晶体生长水平提高到了与国外相当的水平。

目前，LGS晶体的发展趋势是改善晶体性能均一性，增大晶体尺寸。由于硅酸镓镧晶体在结构上是无序的，其晶体性能均一性存在一定的问题，为满足大批量器件的生产需求，晶体使用方对硅酸镓镧晶体的性能均一性有较高的要求，这就要求晶体生产方在晶体生长过程中进一步改善晶体性能均一性。本专利的内容正是以提高晶体性能均一性为目标，可实现提拉法生长高质量（压电系数d₁₁离散度小于±5%，频率厚度常数离散度小于±2%，X射线双晶衍射线FWHM小于30″）和大尺寸（大于Φ80mm×80mm）LGS晶体。

发明内容

本发明的目的之一是解决提拉法生长高质量大尺寸LGS晶体的性能均一性问题，提供一种适用于提拉法生长高性能均一性的大尺寸LGS晶体的晶体生长方法。本发明的方法也可以应用于其他硅酸镓镧类晶体，如：钽酸镓镧（Langatate，化学式：La₃Ga_5.5Ta_0.5O₁₄，简写成LGT）、铌酸镓镧（Langanate，化学式：La₃Ga_5.5Nb_0.5O₁₄，简写成LGN）。