[发明专利]高纯石英晶体的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯石英晶体的生长方法，特别涉及一种低铝含量石英晶体的生长方法。

背景技术

石英晶体是压电和光学晶体，主要以其压电特性和光学透过、旋光性、双折射效等应用来制造振荡器、滤波器等压电频率器件和光学棱镜、透镜、光学波片、以及数码相机中的光学低通滤波器等产品。

石英晶体一般采用水热温差法进行晶体生长，在高压釜内装入一定充满度的氢氧化钠或碳酸钠溶液，同时釜内装入熔炼石英(二氧化硅)作为原料，籽晶片悬挂在籽晶架上，并通过一定开孔率的内挡板将高压釜内分成原料溶解区(简称溶解区)和晶体生长区(简称生长区)，通过对高压釜的不同区域进行加热，并形成温度差，使高压釜内形成溶液对流，使溶解了二氧化硅的溶液对流到温度相对较低的生长区，形成过饱和溶液并在籽晶片上析晶生长。这种生长方法通过调整晶体生长的工艺参数来控制晶体质量，但由于溶液对流带来的杂质会大量粘附在生长界面，晶体杂质含量很难有更大程度的提高。为了显著提高晶体的质量，满足小型压电器件对高质量材料要求，必须采用新的工艺提高石英晶体的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高纯石英晶体(即低铝含量的石英晶体，铝Al杂质含量＜15ppm)生长方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高纯石英晶体的生长方法，包括以下步骤：

1)、选择铝含量＜20ppm的石英作为原料，对其进行清洗，得清洗后石英原料；

2)、利用氢氧化钠溶液对高压釜内壁以及位于高压釜内的原料筐(4)、内挡板(3)及带有籽晶片(2)的籽晶架(1)进行表面防护层处理；

3)、石英晶体的生长(还包括了在结晶过程中增强杂质的排除)：

将步骤1)所得的清洗后石英原料放入步骤2)所得的表面防护层处理后的原料筐(4)内；

然后向高压釜内加入晶体生长工艺溶液，充满度为80～85％；所述晶体生长工艺溶液为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化锂(LiOH·H₂O)、亚硝酸钠(NaNO₂)的混合溶液，该混合溶液中NaOH的浓度为1.2±0.1mol/L，LiOH·H₂O的浓度为0.005±0.001mol/L，NaNO₂的浓度为0.005±0.001mol/L；

控制溶解区与生长区的温差为20～30℃(即，溶解区比生长区温度高20～30℃)；控制晶体每天生长速率为0.23～0.37mm(如为0.25～0.28mm)；生长时间为60±5天；

溶解区是指内挡板下方的原料筐所处区域，生长区是指内挡板上方的带有籽晶片的籽晶架所处区域，此属于公知常识；所放入的步骤1)所得的清洗后石英原料例如为2Kg；

4)、采用电清洗技术，在高温高电场下对步骤3)所得的石英晶体进行排除杂质(所述杂质包括铝、钠、锂等)。

作为本发明的高纯石英晶体的生长方法的改进：

所述步骤1)中的清洗为：先进行超声波清洗，然后放入质量浓度为15±1％的HF酸或NH₄F溶液中浸泡10～30分钟，接着再用清洗液清洗至ph≥6.5；

所述清洗液为等体积的去离子水、无水乙醇、丙酮混合而得。

作为本发明的高纯石英晶体的生长方法的进一步改进：步骤2)为依次包括以下步骤：

②带有籽晶片(2)的籽晶架(1)、原料筐(4)、内挡板(3)置于高压釜内；

②、向高压釜内装入浓度为0.2～0.3N浓度的氢氧化钠溶液，充满度为80～85％；控制高压釜内上部温度为300～310℃，下部温度318～320℃，底部温度320～325℃；压力为90Mpa～100Mpa，处理时间为24±2小时；

内挡板上方(即，带有籽晶片的籽晶架所处区域)的温度称为上部温度，内挡板下方(即，原料筐所处区域)的温度称为下部温度，高压釜底的温度称为底部温度；

③、打开高压釜，取出带有籽晶片(2)的籽晶架(1)、原料筐(4)；对高压釜内表面进行打磨(直至高压釜内表面无明显颗粒附着为止)。

作为本发明的高纯石英晶体的生长方法的进一步改进，步骤4)包括以下步骤：

①、将步骤3)所得的石英晶体的生长丘磨平，使磨平生长丘后的两平面平行度在1＇以内，然后镀厚度为3±0.2mm的金膜(该金膜能耐500℃不脱落)，作为两Z面；