CN107675261A - 一种铌酸锂晶片的黑化处理方法 - Google Patents

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朱卫俊
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Abstract

本发明目的提供一种铌酸锂的黑化处理方法；一种无氧富锂浓度气氛条件下，高温（居里温度以下）处理铌酸锂晶片的工艺方法，通过此工艺方法可提高晶片的电导率，迅速消除由于温度变化而产生的表面电荷，不产生电荷累积，达到减弱热释电效应的目的。

Description

一种铌酸锂晶片的黑化处理方法
技术领域
本发明属于晶体材料技术领域，具体涉及一种铌酸锂晶片的黑化处理方法。
背景技术
钽酸锂、铌酸锂晶体都属于应用广泛的压电晶体，钽酸锂分子式LiTaO3简称LT，密度7.46，莫氏硬度5.5，铌酸锂分子式LiNbO3密度4.64，莫氏硬度 5，均属三方晶系3m，典型的多功能材料，集压电、铁电、热释电、声光、电光、非线性及光折变等多种优良性能于一身。LT、LN晶体较大的压电系数可以制作低插入损耗的声表面波滤波器（SAW），但是高的光透过和高热释电等性能也给SAW器件制作工艺带来很多不便。特别是随着智能手机高频率器件的发展，器件越来越小，纸条越来越细，高透过率和高热释电性已经成为钽酸锂手机声表面波器件批量生产中存在的极大问题。
在SAW器件生产过程中，高热释电系数使得晶片表面很容易形成大量静电荷，这些电荷会在叉指电极间、晶片间、晶片与工装间自发释放。当静电场足够高时，静电荷释放容易损伤晶片（如开裂、裂纹等），烧毁叉指电极，器件频率越高，纸条越细，越容易烧毁晶片表面电极，降低器件良品率。
另外未黑化的钽酸锂晶片具有高的透过性，进行光刻时，材料的透光性导致晶片背面形成部分漫反射，从而降低光刻精度，影响光刻质量。
针对存在的这些问题，我们需要在不影响压电性能的前提下，大幅度减弱甚至消除钽酸锂晶片的热释电性。这种经历高温的预处理，增加了钽酸锂晶片的氧空位浓度，使晶片体内载流子的浓度大量增加，提高了晶片的电导率，降低了晶片的电阻率，此过程因提高了钽酸锂、铌酸锂晶片的氧空位浓度，形成了F+色心，导致钽酸锂、铌酸锂晶片颜色由白色变成黑色或者红棕色，因此这种预处理方法也被称作还原黑化，简称黑化。
现有国内外专利情况：
1、日本专利JP2003-394575 JP2004-061862 ,国内专利CN 105464581 A，采用的是C、Si、Mg、Al、Ca、Ti、或者LiF、CaF2、MgF2等氟化物埋粉的方式，在惰性或者还原性气体条件下，通过一定的升温曲线段，高温处理得到黑化晶片。
2、日本专利和韩国专利JP2004-002853、KR20040034230均是先提前制作出一批超黑LT还原晶片，然后在流动惰性气体或者还原气体中，将晶片交替叠加，高温处理得到黑化晶片。
3、美国专利US20050269516是以一种碳酸锂、碳酸镁、碳酸钙、氢化锂、氢化钙或者几种化合物的混合物涂覆在LT晶片表面，然后在流动的还原气氛中，在低于居里点的温度下进行热处理，得到黑化晶片。
发明内容
本发明目的是提供一种铌酸锂晶片的黑化处理方法；一种无氧富锂浓度气氛条件下，高温（居里温度以下）处理钽酸锂的工艺方法，通过此工艺方法可提高晶片的电导率，迅速消除由于温度变化而产生的表面电荷，不产生电荷累积，达到减弱热释电效应的目的。
该方法具体包括以下步骤： 1）将铌酸锂晶片放置到石英片盒中，然后将其放入黑化炉中；2）将锂化合物和硅油按照5:1的重量比放入刚玉坩埚中，然后将其置于黑化炉中；3）关闭炉门，抽真空到500 pa以下，10小时将炉温从室温升到520℃，并保温6小时；4）然后降温到室温，充气开炉门取出铌酸锂晶片。
作为优选，所述步骤1）中锂化合物选自硅酸镁锂、碳酸锂或氯化锂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的处理方法制备得到铌酸锂黑化晶片颜色由白色变成灰色，电阻率由常规晶片的1014～1015Ω﹒cm数量级，降低到108～1012Ω﹒cm量级，相比于常规未处理的白色钽酸锂、铌酸锂晶片，电阻率大幅度降低，即电导率大幅度提高，因而可以明显减弱钽酸锂、铌酸锂晶片的热释电效应；另外因晶片颜色变黑，增加晶片在可见光波段的吸收能力也就增加了光刻波段（300-450nm）钽酸锂晶片对光的吸收能力。本发明，通过高温黑化处理，提高晶体的电导率，制备出了在不影响晶片压电性能的条件下，经温度变化也不会在表面累积电荷的铌酸锂黑化晶片，因最高温度低于晶片居里温度，因此晶片无退极化的现象。本发明的工艺方法在高温富锂无氧气氛下制备出了SAW器件所需的黑化钽酸锂、铌酸锂晶片，减少了器件制造过程中静电开裂烧毁表面电极的问题，提高了SAW器件制造的良品率。过程简单可操作性强，是工业化批产的优选方法。
附图说明
图1 为本发明提供的浅棕色晶片外观图；
图2为本发明提供的深棕色晶片外观图；
图3 为本发明提供的深黑色晶片外观图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的处理方法进行详细的说明
实施例1
将钽酸锂晶片放置到合适尺寸的石英片盒中，放入黑化炉中。将锂化合物和硅油按照5:1的重量比放入刚玉坩埚中置于黑化炉中。关闭炉门，抽真空到500pa以下，10小时将炉温从室温升到500度，并保温4小时。然后降温到室温，充气开炉门取出钽酸锂晶片。如图1所示，晶片颜色浅灰，电阻率在1012Ω﹒cm数量级。
实施例2
将钽酸锂晶片放置到合适尺寸的石英片盒中，放入黑化炉中。将锂化合物和硅油按照2:1的重量比放入刚玉坩埚中置于黑化炉中。关闭炉门，抽真空到1000pa以下，15小时将炉温从室温升到580度，并保温4小时。然后降温到室温，充气开炉门取出钽酸锂晶片。如图3所示，晶片颜色深黑，电阻率在109Ω﹒cm数量级。
实施例3
将铌酸锂晶片放置到合适尺寸的石英片盒中，放入黑化炉中。将锂化合物和硅油按照5:1的重量比放入刚玉坩埚中置于黑化炉中。关闭炉门，抽真空到500pa以下，10小时将炉温从室温升到520度，并保温6小时。然后降温到室温，充气开炉门取出铌酸锂晶片。如图2所示，晶片深棕色，电阻率在1011Ω﹒cm数量级。
实施例4
将铌酸锂晶片放置到合适尺寸的石英片盒中，放入黑化炉中。将锂化合物和硅油按照2:1的重量比放入刚玉坩埚中置于黑化炉中。关闭炉门，抽真空到1000pa以下，15小时将炉温从室温升到580度，并保温12小时。然后降温到室温，充气开炉门取出铌酸锂晶片。晶片颜色深黑，电阻率在108Ω﹒cm数量级。
实施案例主要变动的是真空条件，升温速率及保温时间，锂化合物和硅油的量按照放入炉内晶片数量的多少添加不同的量。
本发明专利不受限于上述实施方式，凡是具有本发明专利所要求的技术方案及实质相同。

Claims (2)

1.一种铌酸锂晶片的黑化处理方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1）将铌酸锂晶片放置到石英片盒中，然后将其放入黑化炉中；2）将锂化合物和硅油按照5:1的重量比放入刚玉坩埚中，然后将其置于黑化炉中；3）关闭炉门，抽真空到500 pa以下，10小时将炉温从室温升到520℃，并保温6小时；4）然后降温到室温，充气开炉门取出铌酸锂晶片。
2.根据权利要求1所述的铌酸锂晶片的黑化处理方法，其特征在于：所述步骤1）中锂化合物选自硅酸镁锂、碳酸锂或氯化锂。
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