CN114775057B - 一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电晶体技术领域，尤其是一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法，包括以下步骤：a）将钽酸锂原料装入铂铱合金坩埚内，抽真空后，充氮气至正压；b）升温加热至1600～1645℃，使原料熔融；c）按下降籽晶，当籽晶下降至坩埚口0位时停止下降，将称重重量清零；d）根据籽晶重量变化调整引晶温度，及籽晶的下降或上升速率，完成引晶后，晶体进入自动生长；e）通过实时调整放肩生长和等径生长的提拉速度控制晶体结晶速率，完成晶体生长后上拉晶体，使其脱离熔融液。
Description
技术领域
本发明涉及压电晶体领域，具体领域为一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法。
背景技术
近年来，由于高频段、多频段通信在以手机为代表的无线通信上的广泛使用，对于声表面波滤波器（SAW）的需求大幅增加，其质量要求也更高。钽酸锂晶体作为压电晶体，可以被加工成晶片广泛应用在SAW器件中，由于大尺寸晶片有利于器件厂商节约原料，降低生产成本，故现阶段对高品质的大尺寸钽酸锂晶体需求大，尤其是6英寸钽酸锂晶体。
然而由于6英寸钽酸锂晶体尺寸较大，在长晶过程中，坩埚中心钽酸锂原料融解时温度较高，传统铂金坩埚的熔点较低，在长晶的高温阶段易变形软化，会引起结晶速率变化；铱金坩埚不断升高的成本限制了钽酸锂晶体长晶的产业化发展，铱金氧化也会致使钽酸锂晶体着色和晶体生长过程的气泡缺陷，严重降低了钽酸锂晶体的品质。与此同时，在6英寸钽酸锂晶体长晶过程中，大尺寸对引晶和结晶的工艺要求也很高，若升降温度、提拉籽晶不当，会导致热场异常变化，所带来的梯度差异也会引起结晶速率变化，使得长晶不均匀，故长晶过程中对坩埚、引晶和结晶工艺等技术要求较高。
为了解决该问题，公告号为CN112048767B的专利公开了一种大尺寸钽酸锂晶体的制备方法，此专利虽提出了使用铂铱合金坩埚，但对具体的铂铱合金配比、坩埚尺寸型号和长晶实现方式均未进行深入研究，且此专利重在解决大尺寸钽酸锂晶体原料无法一次性加入坩埚内，及大尺寸钽酸锂晶体在降温中如何去除静电从而降低晶体开裂风险的问题，与本发明明显不同。授权公告号为CN105696078B的发明专利公开了一种钽酸锂单晶的制备方法，专利通过精确控制其原料比例、工艺步骤和升温方式等，制得纯度高、成分均匀的近化学计量比钽酸锂晶体，从而提高电光系数和非线性光学系数，但该技术方案并未针对6英寸钽酸锂晶体特点改善长晶过程。公开号为CN104109904A的专利公开了一种泡生法蓝宝石晶体生长的引晶方法，该专利公开了采用籽晶重量变化进行控制引晶的方法，其先记录籽晶在液面上方10mm处的重量，再记录籽晶在液面下方30mm处放置10秒再拉回至液面上方30mm处的重量，对比两者重量变化确认试温温度，首先，此专利通过籽晶在液面下方试温，容易产生籽晶融解过快或结晶过快造成籽晶熔断或结晶过大导致无法控制的情况，同时此方法需要籽晶在液面上方、液面下方多次上升下降进行试温，复杂度较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法，包括以下步骤：
a）将钽酸锂原料装入铂铱合金坩埚内，抽真空至真空度0-5Pa，保压4-5min，按5-8L/min的速率充氮气至正压；
b）升温速率控制在200-300℃/h，加热至1600～1645℃，保温1.5-2h，然后按400-500ml/min氮气和5-8ml/min氧气的充气速率充入混合气体，氧含量控制在0.8-1%；
c）下降籽晶，当籽晶下降至坩埚口0位时停止下降，将称重重量清零；
d）按3-5℃/h的速率缓慢提高温度，当称重重量突降1-2g时，迅速上拉籽晶，此时籽晶微熔，证明温度偏高，记录籽晶微熔温度值，同时按5-10℃/h速率降低温度，当温度较籽晶微熔温度值低5-10℃时，按5-10mm/min的速率下降籽晶，当称重重量突增20-30g时，停止下降，记录突增前重量值，此时籽晶已与熔融液接触，调节温度控制重量变化，使重量下降至较突增前重量值低2-4g，保持此重量稳定0.5-1h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长；
e）晶体在放肩生长阶段，晶体的结晶速率控制在2.5-3mm/h，转数7-8rpm，晶体在等径生长阶段，晶体的结晶速率控制在4.5-5mm/h，转数8-10rpm，晶体生长完成后，以30-40mm/min的速率上拉30-40mm，使晶体脱离熔融液，并按8-10L/min充入氮气。
其中，步骤a）中，坩埚采用95-96%的铂和4-5%的铱制成的合金坩埚。
其中，步骤a）中，铂铱合金坩埚的外径、内径、高度尺寸分别为：204-214mm、200-210mm、100-120mm，这是因为，坩埚中心钽酸锂原料融解时最高温度可达1645℃，为了防止坩埚高温变形融化，坩埚壁温度不能超1750℃，以此设计了坩埚的最佳尺寸范围。
其中，步骤d）中，熔料时通过籽晶在固定位置的重量变化确认原料的融解状态及引晶所需温度值，引晶时通过籽晶与液面接触后的重量变化确认籽晶缩颈的目标状态。若引晶过程中升降温度不合适，会导致籽晶温度波动过大，造成籽晶损伤，也会导致铂铱合金坩埚出现变形情况。
采用铂铱合金坩埚生长大尺寸钽酸锂晶体的过程中，坩埚内温度较高，本发明合理设计铂铱合金坩埚，并精确控制引晶过程和温度，若采用高温引晶方法，容易出现温度上冲过高造成坩埚击穿风险；如果采用低温引晶容易出现晶体过快扩面，为了控制扩面速度，需大幅度的快速升温，也容易造成温度上冲过高成坩埚击穿。
其中，步骤e）中，晶体生长过程中通过机械拉速实时控制晶体的结晶速率，结晶速率由液面下降速率和提拉速率叠加而成，由于坩埚尺寸和热场保温性差异影响，纵向梯度的一致性存在变量，且坩埚在多次生长过后势必会出现轻微形变，晶体生长过程中需要通过实时调整提拉速度来控制结晶速率，将放肩生长阶段晶体的结晶速率控制在2.5-3mm/h；晶体在等径生长阶段晶体的结晶速率控制在4.5-5mm/h，此速率为钽酸锂晶体结晶最优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明通过坩埚尺寸的优化，避免铂铱合金坩埚生长时边际温度过高导致坩埚变形融化问题，通过铂铱合金比例的控制，避免铱金氧化对晶体造成的影响，从而可实现6英寸钽酸锂晶体的均匀生长；
（2）本工艺通过籽晶重量变化实现原料熔融判断、引晶温度确认、籽晶缩颈管控3项工艺操作，同时通过引晶工艺参数的精确控制，提高了生长过程温度控制的准确性，避免了温度快速变化导致坩埚击穿风险，同时由于未设置观察口，减小了晶体生长过程中由于外部热场温度波动引起晶体气泡缺陷、晶体开裂等问题；
（3）本工艺通过实时调整放肩生长和等径生长的提拉速度控制晶体结晶速率，提高了晶体生长过程中的结晶质量，降低了晶体生长位错。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）装炉：将钽酸锂多晶原料粉末装入外径、内径、高度尺寸分别为：214mm、210mm、100mm的铂铱合金坩埚内，填料厚度20-30mm，使用陶瓷研杵进行压实，再居中填入钽酸锂块状原料，同时边缘空隙处继续填入钽酸锂多晶原料粉末进行填充压实，保证块状原料不与坩埚壁接触，防止高温块状贴靠致使坩埚变形；将10×10mm籽晶装入连接杆内，籽晶露出部分长度保证50-60mm，调整籽晶偏转，保证同心转动，下降籽晶至坩埚口齐平，提拉轴位置清零，再上拉籽晶至热场口，关闭炉门；
（2）升温引晶：关闭排气，抽真空至真空度0-5Pa，保压4-5min，观察有无漏气现象，然后按5-8L/min的速率充氮气至正压，打开排气，然后打开中频升温，升温速率控制在200-300℃/h，加热至1620-1630℃，保温1.5-2h，调整充气，按氧气400-500ml/min和氮气5-8ml/min充入混合气体，再按10mm/min的速率下降籽晶，当籽晶下降至提拉轴显示0位时停止下降，将称重重量清零，此时籽晶与液面相距5mm，按3-5℃/h的速率缓慢提高温度，当称重重量突降1-2g时，迅速上拉10mm，此时籽晶微熔，证明温度偏高，记录籽晶微熔温度值，同时按5-10℃/h速率降低温度，参考籽晶重量减少量，按5℃/g的下降量调整温度，当温度较籽晶微熔温度值低5-10℃时，按5-10mm/min的速率下降籽晶，当称重重量突增20-30g时，停止下降，记录突增前重量值，此时籽晶已与熔融液接触，调节温度控制重量变化，使重量下降至较突增前重量值低2-4g，保持此重量稳定0.5-1h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长，晶体在放肩生长阶段，晶体的结晶速率控制在2.5-3mm/h，转数7-8rpm；晶体在等径生长阶段，晶体的结晶速率控制在4.5-5mm/h，转数8-10rpm。晶体生长完成后，以30-40mm/min的速率上拉30-40mm，使晶体脱离熔融液，并按8-10L/min充入氮气。
本实施例生长出的6英寸钽酸锂晶体，外观检验晶体未开裂，呈淡绿色，通透性较好，用激光笔检验发现晶体内部无闪射，气泡。通过锥光图检验发现晶体干涉环均匀、规整、中心黑十字无交叉变形，晶体接近光学晶体。
为突出本发明的有益效果，还进行了以下对比例实验。
对比例1
（1）装炉：将钽酸锂多晶原料粉末装入铱金坩埚内，将10×10mm籽晶装入连接杆内，调整籽晶偏转，保证同心转动，把籽晶提拉至热场口，关闭炉门；
（2）升温引晶：关闭排气，抽真空至真空度0-5Pa，保压4-5min，观察有无漏气现象，然后按5-8L/min的速率充氮气至正压，打开排气，然后打开中频升温，升温速率控制在200-300℃/h，加热至1620～1630℃，开始保温，调整充气，按氧气400-500ml/min和氮气5-8ml/min充入混合气体，当液面出现对流后，通过观察口观察籽晶缓慢下降，使籽晶与液面接触，调节温度控制，使籽晶缩进2-3mm，保温1-1.5h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长，晶体在放肩生长阶段，晶体的结晶速率控制在2.5-3mm/h，转数7-8rpm；晶体在等径生长阶段，晶体的结晶速率控制在4.5-5mm/h，转数8-10rpm。晶体生长完成后，以30-40mm/min的速率上拉30-40mm，使晶体脱离熔融液，并按8-10L/min充入氮气。
本实施例生长出的6英寸钽酸锂晶体，外观检验晶体未开裂，呈黄色，通透性一般，用激光笔检验发现晶体内部存在零星闪射、气泡。通过锥光图检验发现晶体干涉环均匀性较差、中心黑十字微弱交叉。判断此现象分别由铱金氧化导致晶体色心吸收造成和观察口存在热场梯度差异造成。
对比例2
1）装炉：将钽酸锂多晶原料粉末装入外径、内径、高度尺寸分别为：230mm、226mm、100mm的铂铱合金坩埚内，填料厚度20-30mm，使用陶瓷研杵进行压实，再居中填入钽酸锂块状原料，同时边缘空隙处继续填入钽酸锂多晶原料粉末进行填充压实，保证块状原料不与坩埚壁接触，防止高温块状贴靠致使坩埚变形；将10×10mm籽晶装入连接杆内，籽晶露出部分长度保证50-60mm，调整籽晶偏转，保证同心转动，下降籽晶至坩埚口齐平，提拉轴位置清零，再上拉籽晶至热场口，关闭炉门；
（2）升温引晶：关闭排气，抽真空至真空度0-5Pa，保压4-5min，观察有无漏气现象，然后按5-8L/min的速率充氮气至正压，打开排气，然后打开中频升温，升温速率控制在200-300℃/h，加热至1650-1670℃，保温1.5-2h，调整充气，按氧气400-500ml/min和氮气5-8ml/min充入混合气体，再按10mm/min的速率下降籽晶，当籽晶下降至提拉轴显示0位时停止下降，将称重重量清0，此时籽晶与液面相距5mm，按3-5℃/h的速率缓慢提高温度，当称重重量突降1-2g时，迅速上拉10mm，此时籽晶微熔，证明温度偏高，记录籽晶微熔温度值，同时按5-10℃/h速率降低温度，参考籽晶重量减少量，按5℃/g的下降量调整温度，当温度较籽晶微熔温度值低5-10℃时，按5-10mm/min的速率下降籽晶，当称重重量突增20-30g时，停止下降，记录突增前重量值，此时籽晶已与熔融液接触，调节温度控制重量变化，使重量下降至较突增前重量值低2-4g，保持此重量稳定0.5-1h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长，晶体拉速固定2mm/h，转数8-10rpm。晶体生长完成后，以30-40mm/min的速率上拉30-40mm，使晶体脱离熔融液，并按8-10L/min充入氮气。
本实施例生长出的6英寸钽酸锂晶体，外观检验晶体未开裂，呈淡绿色，通透性较好，但晶体整体扭曲严重，这是因为晶体生长阶段的晶体提拉速度是固定的，并没有根据不同阶段的长晶特点实时调整提拉速度，以便控制结晶速率，使得晶体生长扭曲。同时，坩埚壁出现龟裂变形现象，判断由于坩埚直径偏大，晶体生长边际温度（达到1750℃）过高，已达到铂铱合金的熔融的边际值，不可用于重复生长。
对比例3
1）装炉：将钽酸锂多晶原料粉末装入外径、内径、高度尺寸分别为：214mm、210mm、100mm的铂铱合金坩埚内，填料厚度20-30mm，使用陶瓷研杵进行压实，再居中填入钽酸锂块状原料，同时边缘空隙处继续填入钽酸锂多晶原料粉末进行填充压实，保证块状原料不与坩埚壁接触，防止高温块状贴靠致使坩埚变形；将10×10mm籽晶装入铱金连接杆内，籽晶露出部分长度保证50-60mm，调整籽晶偏转，保证同心转动，下降籽晶至坩埚口齐平，提拉轴位置清0，再上拉籽晶至热场口，热场正面设置观察口，关闭炉门；
（2）升温引晶：关闭排气，抽真空至真空度0-5Pa，保压4-5min，观察有无漏气现象，然后按5-8L/min的速率充氮气至正压，打开排气，然后打开中频升温，升温速率控制在200-300℃/h，加热至1620-1630℃，保温1.5-2h，调整充气，按氧气400-500ml/min和氮气5-8ml/min充入混合气体，当液面出现对流后，按10mm/min缓慢下降，使籽晶与液面接触，观察籽晶变化，如籽晶外扩速率过快，证明液面温度过低，迅速加温200-300℃，控制籽晶继续外扩，如籽晶熔断，证明液面温度过高，则迅速拉起籽晶，降低温度100-200℃，稳定1-2h后重复上述下籽晶操作，当籽晶触碰液面后籽晶未有明显外扩和缩进时，证明温度较合适，缓慢调节温度 ，使籽晶缩进2-3mm，保温1-1.5h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长，晶体在放肩生长阶段，晶体的结晶速率控制在2.5-3mm/h，转数7-8rpm；晶体在等径生长阶段，晶体的结晶速率控制在4.5-5mm/h，转数8-10rpm。晶体生长完成后，以30-40mm/min的速率上拉30-40mm，使晶体脱离熔融液，并按8-10L/min充入氮气。
本实施例生长出的6英寸钽酸锂晶体，外观检验晶体未开裂，呈淡绿色，通透性较好，但晶体产生了孪晶，判断为引晶过程中快速的升温、降温导致籽晶温度波动过大，籽晶损伤造成的，同时快速的升温、降温也导致了铂铱合金坩埚出现变形情况。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将钽酸锂原料装入铂铱合金坩埚内，坩埚是采用95-96%的铂和4-5%的铱制成的合金坩埚，坩埚的外径、内径、高度尺寸分别为204-214mm、200-210mm、100-120mm，抽真空后充氮气至正压；
b）按照200-300℃/h的速率升温加热至1600-1645℃，保温1.5-2h，使钽酸锂原料熔融，然后充入氮气和氧气；
c）下降籽晶，当籽晶下降至坩埚口0位时停止下降，将称重重量清零；
d）按3-5℃/h的速率缓慢提高温度，当籽晶称重重量突降1-2g，迅速上拉籽晶，此时籽晶微熔，证明温度偏高，记录籽晶微熔温度值，同时按5-10℃/h速率降低温度；当温度较籽晶微熔温度值低5-10℃时，按5-10mm/min的速率下降籽晶，当称重重量突增20-30g时，停止下降，记录突增前重量值，此时籽晶已与熔融液接触，调节温度控制重量变化，使重量下降至较突增前重量值低2-4g，保持此重量稳定0.5-1h，此时籽晶缩颈已完成，进入自动生长；
e）通过机械拉速实时控制晶体的结晶速率，晶体在放肩生长阶段，晶体的结晶速率控制在2.5-3mm/h，转数7-8rpm；晶体在等径生长阶段，晶体的结晶速率控制在4.5-5mm/h，转数8-10rpm，完成晶体生长。
2.根据权利要求1所述的一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法，其特征在于，所述步骤a）中，将钽酸锂原料装入铂铱合金坩埚内，抽真空至真空度0-5Pa，保压4-5min后，按5-8L/min的速率充氮气至正压。
3.根据权利要求1所述的一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法，其特征在于，所述步骤b）中，按400-500ml/min氮气和5-8ml/min氧气充入混合气体，氧含量控制在0.8-1%。
4.根据权利要求1所述的一种生长6英寸钽酸锂晶体的方法，其特征在于，所述步骤e）中，完成后晶体生长后，以30-40mm/min的速率上拉30-40mm，使晶体脱离熔融液，并按10L/min充入氮气。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5571700A (en) * | 1978-11-20 | 1980-05-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Production of oxide single crystal |
| JPS645993A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-10 | Hitachi Metals Ltd | Production of oxide single crystal |
| JP2009227509A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Covalent Materials Corp | 単結晶の引上げ方法 |
| CN104109904A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-10-22 | 上海佳宇信息技术有限公司 | 一种泡生法蓝宝石晶体生长的引晶方法 |
| CN106192007A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-12-07 | 天通控股股份有限公司 | 一种掺铁钽酸锂晶体的制造方法 |
| CN107313109A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-11-03 | 天通控股股份有限公司 | 一种压电晶体的制造方法 |
| CN108456927A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-28 | 安徽晶宸科技有限公司 | 一种大尺寸LiTaO3晶体的全自动控制晶体生长方法 |
| CN105696078B (zh) * | 2016-04-12 | 2018-09-28 | 盐城市振弘电子材料厂 | 一种钽酸锂单晶的制备方法 |
| JP2020083714A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 酸化物単結晶の製造方法及び結晶育成装置 |
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Family Cites Families (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP6387907B2 (ja) * | 2015-06-18 | 2018-09-12 | 住友金属鉱山株式会社 | 単結晶の製造方法 |
| CN105648521B (zh) * | 2016-01-26 | 2018-10-30 | 中山大学 | 一种晶体生长方法和设备 |
| JP2018135228A (ja) * | 2017-02-21 | 2018-08-30 | 住友金属鉱山株式会社 | ＬｉＴａＯ３単結晶の育成方法とＬｉＴａＯ３単結晶の処理方法 |
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5571700A (en) * | 1978-11-20 | 1980-05-29 | Sanyo Electric Co Ltd | Production of oxide single crystal |
| JPS645993A (en) * | 1987-06-29 | 1989-01-10 | Hitachi Metals Ltd | Production of oxide single crystal |
| JP2009227509A (ja) * | 2008-03-21 | 2009-10-08 | Covalent Materials Corp | 単結晶の引上げ方法 |
| CN104109904A (zh) * | 2014-05-27 | 2014-10-22 | 上海佳宇信息技术有限公司 | 一种泡生法蓝宝石晶体生长的引晶方法 |
| CN105696078B (zh) * | 2016-04-12 | 2018-09-28 | 盐城市振弘电子材料厂 | 一种钽酸锂单晶的制备方法 |
| CN106192007A (zh) * | 2016-08-12 | 2016-12-07 | 天通控股股份有限公司 | 一种掺铁钽酸锂晶体的制造方法 |
| CN107313109A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-11-03 | 天通控股股份有限公司 | 一种压电晶体的制造方法 |
| CN108456927A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-28 | 安徽晶宸科技有限公司 | 一种大尺寸LiTaO3晶体的全自动控制晶体生长方法 |
| JP2020083714A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 住友金属鉱山株式会社 | 酸化物単結晶の製造方法及び結晶育成装置 |
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