[发明专利]一种硅酸铝镓锶钽压电晶体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅酸铝镓锶钽压电晶体及其制备方法，属于压电晶体领域。

背景技术

压电器件包括用于频率选择的滤波器、频率控制的谐振器、以及高灵敏度的温度、压力、气体、流量和加速度传感器等，已广泛应用于通讯、导航、自动控制、计量检测、传感技术等领域。

压电晶体是用于制作压电器件的一类重要材料，目前广泛应用的压电晶体主要包括α-石英、铌酸锂晶体。石英晶体具有频率温度系数为零、能力流动角为零、高Q值切型等优点，广泛用作高稳定窄带滤波器和谐振器，但由于该晶体在573℃附近产生相变，严重影响晶体的压电性能，使之不能应用于高温条件。铌酸锂晶体晶体的机电耦合系数较大，常用作宽带低插损滤波器，但其频率温度稳定性差，制约了其应用。

常用的滤波器、谐振器及用来监测声波、振动、噪音信号的静态传感器和声学传感器等压电器件一般应用于常温条件下，随着现代工业技术的发展，汽车、国防、航空航天等技术领域对工作于高温环境下的压电器件产生迫切的需求，如对发动机内部燃烧室工作温度监控和压力测量的应用于高温环境中的压电器件，对制作压电器件的压电材料也提出了更高的要求，诸如相变稳定性、较高的电阻率值、机电性能的温度稳定性等。目前常用的压电晶体尚不能满足上述新的需求，探索新的压电晶体是新材料领域的重要研究内容。

硅酸镓镧（La₃Ga₅SiO₁₄,LGS）及其异质同构体单晶是近年备受关注的新型压电晶体。LGS及其异质同构体单晶属三方晶系，32点群，空间群P321，具有压电系数较大、机电耦合系数高（α-石英的2~3倍）、存在零频率温度系数的切型、室温至熔点（大于1300℃）无相变等优点，使得该类晶体可用于制作宽带无线通讯系统的声表面波器件、高温传感器等压电器件。该类晶体常用分子式A₃BC₃D₂O₁₄表述，晶体结构中包含A、B、C、D四种不同的阳离子晶格位，其中A位阳离子处于由8个氧离子构成的十面体中心位置，B位阳离子处于由6个氧离子构成的八面体中心位置，C位和D位阳离子分别处于由4个氧离子构成的四面体中心位置，D位阳离子所在四面体略小于C位阳离子所在四面体。如在La₃Ga₅SiO₁₄晶体中，La³⁺占据A位，Ga³⁺分别占据着B位和C位，同时与Si⁴⁺“混合”占据着D位，即D位是由Ga³⁺和Si⁴⁺共同随机占据的。近年来，为寻找性能更好成本低廉的压电晶体，人们对硅酸镓镧异质同构体化合物开展了广泛的研究，已报到的晶体包括La₃Nb_0.5Ga_5.5O₁₄（LGN）、La₃Ta_0.5Ga_5.5O₁₄（LGT）、Sr₃NbGa₃Si₂O₁₄（SNGS）、Sr₃TaGa₃Si₂O₁₄（STGS）、Ca₃NbGa₃Si₂O₁₄（CNGS）和Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄（CTGS）等。