CN1015920B - 四硼酸锂(lbo)单晶的坩埚下降法生长 - Google Patents
四硼酸锂(lbo)单晶的坩埚下降法生长Info
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Abstract
四硼酸锂单晶(Li2B4O7∶LBO)的坩埚下降法(Bridgman)生长，属于单晶生长领域。本发明的特征是：横截面积P(＝S晶种/S晶体)≥15%的LBO晶种和密度为0.9～1.4克/厘米3的LBO压块，放入壁厚为0.08～0.15毫米的铂金坩埚中，在950～1100℃炉温下熔化压块和晶种顶部，再将铂坩埚以≤0.3毫米小时的速度下降，即可生长出无色透明，完整性好，不易开裂的LBO单晶体。本方法温场稳定，工艺设备简单，操作方便，可将多只坩埚放入Bridgman单晶炉内，同时生长不同形状和尺寸的单晶。
Description
本发明属于单晶生长领域。
迄今为止，四硼酸锂（Li12B4O7∶LBO或LTB）单晶生长，国内外均采用提拉法（Czochralski）。该生长方法的基本特征是在提拉法单晶炉内，通过高频或电阻加热熔化在铂坩埚内的四硼酸锂原料，再经过下种、缩颈、旋转提拉等操作，生长出一定方向和一定尺寸的LBO单晶。该单晶具有高声表面波（SAW）、有效机电耦合系数（K2≈1%），零延迟温度系数（TCD＝0）的切向，高声速，比重轻，不需极化，冷加工性能好的优点。因此，LBO单晶压电材料是一种有前途的SAW和BAW（体声波）器件的温度补偿基片材料。由于LBO熔体粘度大，晶体热膨胀的各向异性，用提拉法生长LBO单晶时，易于出现白色丝状包裹物、气泡、生长裂纹，组份过冷条纹等宏观缺陷和开裂破碎。该方法单机单产，加上因LBO熔体粘度大而不可能实现快速完整生长。因此，该工艺效率低。国际上尚未实现LBO单晶的工业化生产。（日本公开特许公报（A），昭和62-108800;昭和62-162693;昭和62-36098;昭和62-96398。
Jpn.J.Appl.Phys.1985，24（Supp1.24-3）
72-75;J.Material Soci.17（1982）1729-1738;
J.Crystal Growth 41（1977）225-227;
《人工晶体》14（1985）92。
本发明的目的是提供一种稳定可靠的高质量LBO单晶的生长方法，以实现LBO新型压电单晶的工业化生产。即生长LBO压电单晶的Bridgman法。
本发明的主要技术内容是：将高纯（99.9%，以下同）LBO原料压块置入下部安放一定尺寸和方向晶种的坩埚中;铂坩埚置于Bridgman单晶炉中，熔化原料和晶种顶部，在一定炉温下控制坩埚下降速度，即可生长出无宏观和显微缺陷的高质量LBO单晶体。
本发明的详细内容如下：
1.原料压块成型
将高纯LBO粉末按铂坩埚的尺寸和形状要求，作静水压或模压成型。LBO压块的密度为0.9～1.4克/厘米3。
2.容纳LBO熔体和安放晶种的铂金坩埚壁厚为0.08～0.15毫米，并接近气密，以防止LBO熔体组份的挥发。
3.LBO晶种方向为<100>、<001>、<110>、<210>等，垂直于生长方向的晶种横截面积（S晶种）与生长晶体的横截面积（S晶体）之比 P（＝ (S晶种)/(S晶体) ）≥15%。
4.在Bridgman单晶炉内熔化LBO原料压块和晶种顶部，在炉温为950～1100℃范围内，以≤0.3毫米/小时的速度下降，即可获得与铂坩埚形状相同的完整LBO单晶。
5.可在Bridgman单晶炉内安放多只铂金坩埚，同时生长不同形状、不同尺寸的LBO单晶（即铂坩埚形状、数量可控）。
本发明与提拉法相比，其优点是：温场稳定，生长的LBO晶体完整性好，无宏观及显微缺陷;成品率高;晶体尺寸和外形容易控
制，不易开裂。工艺设备简单，操作方便，能耗明显降低，有利于实现工业化生产（见表1）。
表1 本发明与提拉法生长LBO的比较
方法 工艺条件 晶体质量 生产水平
提拉法 生长参数复杂， 白色丝状包裹物、组 单机单产，效率低，
晶形单一，设 分过冷条纹、气泡， 能耗高，未工业化
备昂贵 易开裂破碎
本发明 温场稳定，晶 无宏观和显微缺陷， 单机多产，成品率
形可变，设备 完整性好，不易开裂 高，能耗及成本低，
简单，操作方便 可实现工业化批量
生产。
与现代工业化上泛使用的高熔点压电晶体LN（LiNbO3，1250℃）和LT（LiTaO3，1670℃）相比，LBO单晶熔点低（917℃），一致熔融生长，且不需极化处理。其密度仅约为LN的 1/2 ，LT的 1/3 。同样重量的LBO晶体出片率将约为LN的2倍，LT的3倍，这将大大降低基片的成本。LBO具有高的SAW、k2和TCD＝0的切向，这对SAW和BAW器件性能的改进和窄带带通SAW滤波器、谐振器或甚高频器件的设计非常重要。
从表2可见，LBO能够取代LT、LN在SAW和BAW器件的应用，有利于这类器件的更新换代。
目前，世界上LT、LN广泛用于彩色、黑白电视机，磁带录像机中频滤波器，磁带录像机的射频谐振器，卫星广播、特种电话，移动式无线电台等。1985年其产值已为78亿日元。我国国内LT、LN的生产以吨计，年产值约数百万元（以87年产LN5吨为例，产值
为600万元）以此材料制成的滤波器产值则为数千万元（见表2）LBO单晶工业生产后，将可取得更为可观的经济效益。
由于该晶体在国际上尚未实现工业化生产，使用本发明的方法实现工业化生产，不仅可获得经济效益，也将产生积极的社会效益。
本发明实施例如下：
1.将高纯（99.9%）LBO粉料经静水压或模压成密度为0.9克/厘米3的压块，并放入壁厚为0.08毫米的铂坩埚中。<100>长方柱形晶种，其横截面积S晶种/S晶体（即P）为15%置于压块下部。在Bridgman单晶炉内，于950℃温度下熔化压块和晶种上部，保温4小时后，以0.3毫米/小时的速度下降坩埚，生长无色透明的LBO完整晶体。
2.将密度1.2克/厘米3的压块，P为25%<001>园形晶种，放入壁厚为0.1毫米的铂坩埚中，在1050℃下熔化压块和晶种上部，然后以0.2毫米/小时的速度下降坩埚，生长园形LBO完整晶体。
3.将密度为1.4克/厘米3的压块，P为30%的<110>多边形晶种放入壁厚为0.15毫米的铂坩埚中，在1100℃温度下，熔化原料和熔接晶种，以0.15毫米/小时的速度下降坩埚，生长LBO完整晶体。
4.按实例1，2，3所述的工艺条件，将<001>，<100>，<110>，<210>等不同取向的晶种放入10只铂坩埚中同时生长10根LBO晶体。
Claims (2)
1、一种坩埚下降法生长四硼酸锂单晶(Li12B4O7；LBO)的技术，包括：
(1)晶种沿<001>，<100>，<110>，<210>等取向；
(2)高纯LBO粉料经静水压或模压成型，成压块；
(3)压块置铂金坩埚内在950～1100℃下熔化；
其特征在于：
①压块密度为0.9-1.4克/厘米3；
②所用铂金坩埚壁厚为0.08-0.15毫米；
③垂直于生长方向的晶种横截面积与生长晶体的横截面积之比为≥15%；
④以≤0.3毫米/小时的速度作坩埚下降。
2、根据权利要求1的LBO单晶生长方法，其特征在于所述的铂金坩埚形状和数量可控。
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| CN 88105599 CN1015920B (zh) | 1988-11-05 | 1988-11-05 | 四硼酸锂(lbo)单晶的坩埚下降法生长 |
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1988
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