JP2020011874A - Manufacturing method of lithium tantalate substrate - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method of a lithium tantalate (LT) substrate excellent in electrical characteristics that suppresses generation of punctiform irregularities (reduction irregularities).SOLUTION: A LT substrate is manufactured from a LT crystal grown by a Czochralski method. Porous alumina sheets 2 are laminated on both surfaces of the LT crystal 4 processed to a substrate state to compose a laminate structure 10 and a plurality of the laminate structures are laminated with aluminum plates 3 in between to compose a laminate assembly 100. After a container 1 containing the laminate assembly 100 is put in a furnace, the laminate assembly is subjected to heat treatment under an inert gas atmosphere at 350°C or higher and a temperature lower than Curie temperature of the LT crystal to manufacture the LT substrate. Because the porous alumina plate 2 prevents contact of the LT crystal 4 and the aluminum plate 3, generation of punctiform irregularities (reduction irregularities) is suppressed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、チョクラルスキー法で育成されたタンタル酸リチウム結晶を用いてタンタル酸リチウム基板を製造する方法に係り、特に、色むら(還元むら)の無い電気的特性に優れたタンタル酸リチウム基板の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a lithium tantalate substrate using lithium tantalate crystals grown by the Czochralski method, and in particular, to a lithium tantalate substrate excellent in electrical characteristics without color unevenness (reduction unevenness). And a method for producing the same.

タンタル酸リチウム(以下、LTと略称することがある)結晶は、融点が約1650℃、キュリー温度が約600℃の強誘電体であり、この結晶を用いて製造されるタンタル酸リチウム基板は、主に、携帯電話の送受信用デバイスに用いられる表面弾性波(SAW)フィルター材料として適用されている。   A lithium tantalate (hereinafter sometimes abbreviated as LT) crystal is a ferroelectric substance having a melting point of about 1650 ° C. and a Curie temperature of about 600 ° C. A lithium tantalate substrate manufactured using this crystal has It is mainly applied as a surface acoustic wave (SAW) filter material used in transmitting and receiving devices of mobile phones.

そして、携帯電話の高周波化、各種電子機器の無線LANによるBluetooth(登録商標)(2.45GHz)の普及等により、2GHz前後の周波数領域のSAWフィルターが今後急増すると予測されている。   It is predicted that the number of SAW filters in the frequency range around 2 GHz will increase rapidly in the future due to the increase in the frequency of mobile phones, the spread of Bluetooth (registered trademark) (2.45 GHz) by various types of electronic devices via wireless LAN, and the like.

上記SAWフィルターは、LT等の圧電材料で構成された基板上に、Al、Cu等の金属薄膜で一対の櫛型電極が形成された構造となっており、この櫛型電極がデバイスの特性に左右する重要な役割を担っている。また、上記櫛型電極は、圧電材料上にスパッタリングにより金属薄膜を成膜した後、一対の櫛型パターンを残し、フォトリソグラフ技術により不要な部分をエッチングにより除去することで形成される。   The SAW filter has a structure in which a pair of comb-shaped electrodes is formed of a metal thin film such as Al or Cu on a substrate made of a piezoelectric material such as LT. It has an important role to play. The above-mentioned comb-shaped electrode is formed by forming a metal thin film on a piezoelectric material by sputtering, leaving a pair of comb-shaped patterns, and removing unnecessary portions by etching using a photolithographic technique.

また、上記LT単結晶は、産業的には、主にチョクラルスキー法によって、酸素濃度が数%〜20%の窒素−酸素混合ガス雰囲気の電気炉中で育成されており、通常、高融点のイリジウム坩堝が用いられ、育成されたLT単結晶は電気炉内で所定の冷却速度で冷却された後、電気炉から取り出して得られている。   The LT single crystal is industrially grown mainly by the Czochralski method in an electric furnace in a nitrogen-oxygen mixed gas atmosphere having an oxygen concentration of several percent to 20%, and usually has a high melting point. Is used, and the grown LT single crystal is cooled at a predetermined cooling rate in an electric furnace and then taken out of the electric furnace to obtain.

育成されたLT結晶は、無色透明若しくは透明度の高い淡黄色を呈している。育成後、結晶の熱応力による残留歪を取り除くため、融点に近い均熱下で熱処理を行い、更に単一分極とするためのポーリング処理、すなわち、LT結晶を室温からキュリー温度以上の所定温度まで昇温し、結晶に電圧を印加し、電圧を印加したままキュリー温度以下の所定温度まで降温した後、電圧印加を停止して室温まで冷却する一連の処理を行う。ポーリング処理後、結晶の外径を整えるために外周研削されたLT結晶(インゴットと称する)は、スライス、ラップ、ポリッシュ工程等の機械加工を経て基板となる。最終的に得られた基板はほぼ無色透明で、その体積抵抗率はおよそ1014〜1015Ω・cm程度である。 The grown LT crystal has a colorless and transparent color or a highly transparent pale yellow color. After the growth, in order to remove the residual strain due to the thermal stress of the crystal, a heat treatment is performed under a soaking temperature close to the melting point, and further, a poling treatment for making the single polarization, that is, from a room temperature to a predetermined temperature equal to or higher than the Curie temperature. After the temperature is raised, a voltage is applied to the crystal, and the temperature is lowered to a predetermined temperature equal to or lower than the Curie temperature while the voltage is applied, a series of processes of stopping the voltage application and cooling to room temperature are performed. After the poling process, the LT crystal (referred to as an ingot) that has been subjected to outer peripheral grinding to adjust the outer diameter of the crystal becomes a substrate through mechanical processing such as slicing, wrapping, and polishing. The substrate finally obtained is almost colorless and transparent, and has a volume resistivity of about 10 14 to 10 15 Ω · cm.

特許第4063191号公報(請求項1参照)Japanese Patent No. 4063191 (refer to claim 1) 特許第4220997号公報(4頁30行〜5頁37行参照)Japanese Patent No. 4220997 (see page 4, line 30 to page 5, line 37) 特許第5133279号公報(段落0013〜0016参照)Japanese Patent No. 5133279 (see paragraphs 0013 to 0016)

ところで、このような従来の方法で得られた基板では、表面弾性波素子(SAWフィルター)製造プロセスにおいて、LT結晶の特性である焦電性のため、プロセスで受ける温度変化によって電荷が基板表面にチャージアップし、これにより生じる放電が原因となって基板表面に形成した櫛型電極が破壊され、更には基板の割れ等を生じて素子製造プロセスでの歩留まり低下が起きている。   By the way, in a substrate obtained by such a conventional method, in a surface acoustic wave device (SAW filter) manufacturing process, due to pyroelectricity, which is a characteristic of LT crystal, electric charges are deposited on the substrate surface by a temperature change received in the process. The comb-shaped electrodes formed on the substrate surface are destroyed due to the charge-up and the resulting discharge, and furthermore, the substrate is cracked or the like, and the yield in the element manufacturing process is reduced.

そこで、LT結晶の焦電性による不具合を解消するため、導電率を増大させる技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献1には、基板の状態に加工されたLT結晶(以下「基板形状のLT結晶」とし、熱処理後のLT基板と区別する)をアルミニウム粉末(Al粉)と酸化アルミニウム粉末(Al23粉)との混合粉中に埋め込んで熱処理(還元処理)する方法が開示されている。尚、導電性を増大させたLT基板は、酸素空孔が導入されたことにより光吸収を起こすようになる。そして、観察されるLT基板の色調は、透過光では赤褐色系に、反射光では黒色に見えるため、導電性を増大させる還元処理は黒化処理とも呼ばれており、このような色調の変化現象を黒化と呼んでいる。 In order to solve the problem due to the pyroelectricity of the LT crystal, several techniques for increasing the conductivity have been proposed. For example, Patent Literature 1 discloses that an LT crystal processed into a substrate state (hereinafter referred to as a “substrate-shaped LT crystal” and distinguished from an LT substrate after heat treatment) is made of aluminum powder (Al powder) and aluminum oxide powder (Al A method of heat treatment (reduction treatment) by embedding in a mixed powder with 2 O 3 powder) is disclosed. The LT substrate having the increased conductivity causes light absorption due to the introduction of oxygen vacancies. Since the color tone of the LT substrate observed is reddish brown in transmitted light and black in reflected light, the reduction treatment for increasing conductivity is also referred to as blackening treatment. Is called blackening.

しかし、基板形状のLT結晶をAl粉とAl23粉との混合粉中に埋め込んで熱処理する特許文献1の方法は、Al粉の混合比にもよるが、点状の還元むら(黒い点)が発生することがある。また、基板形状のLT結晶を上記混合粉中に埋め込んで熱処理する方法であるため、Al粉を混合粉中に均一に分散させかつ混合粉を平らに均しながら上記LT結晶を埋め込む必要があり作業性に難点があった。 However, the method of Patent Document 1 in which a substrate-shaped LT crystal is embedded in a mixed powder of an Al powder and an Al 2 O 3 powder and heat-treated is used, although it depends on the mixing ratio of the Al powder, dot-like reduction unevenness (black) Point) may occur. In addition, since the heat treatment is performed by embedding the substrate-shaped LT crystal in the mixed powder, it is necessary to uniformly disperse the Al powder in the mixed powder and embed the LT crystal while leveling the mixed powder evenly. There was a difficulty in workability.

これに対し、粉末を使用しない方法も開発されている。例えば、特許文献2には、温度T1(700℃以上)で還元処理された元材(LT結晶から成るスライスウェハ)を、温度T1より低い温度T2(300〜600℃)でかつ還元雰囲気中において単一分極化されたLT結晶素材(黒化処理の対象)に接触させてLT結晶素材の導電率を増加させる方法が開示されている。また、特許文献3には、塩化ナトリウムや塩化カリウム(金属のハロゲン化物)が含まれる溶液にLT結晶素材(黒化処理の対象)を浸漬した後、キュリー温度以下の温度でかつ還元雰囲気下において、還元剤(LT結晶をキュリー温度以上、950℃以下の温度で、かつ、還元雰囲気下で熱処理して得られた多分極LT)と上記LT結晶素材を重ね合わせて熱処理する方法が開示されている。特許文献2と特許文献3に開示された方法は、粉末を使用せず、かつ、還元処理された元材(LT結晶から成るスライスウェハ)や還元剤(多分極LT)として上記LT結晶素材(黒化処理の対象)と同一のLT結晶が適用されているため、製品となるLT結晶を汚染することがなく、作業性も良好で生産性は向上する。しかし、これ等方法では、LT結晶素材(黒化処理の対象)に上記元材や還元剤を接触させて還元処理するため、LT結晶素材の接触度合いにより、縞状あるいは年輪状の色むら(基板内で導電率のばらつきが生じる)が発生し易い欠点があった。また、これ等方法では、予め、還元処理された元材(LT結晶から成るスライスウェハ)や還元剤(多分極LT)を準備する必要があるため、その分、生産効率が悪かった。   On the other hand, a method using no powder has been developed. For example, Patent Document 2 discloses that a base material (a slice wafer made of LT crystal) reduced at a temperature T1 (700 ° C. or more) is treated at a temperature T2 (300 to 600 ° C.) lower than the temperature T1 and in a reducing atmosphere. There is disclosed a method of increasing the conductivity of an LT crystal material by bringing the LT crystal material into contact with a single-polarized LT crystal material (a target of blackening treatment). Further, Patent Document 3 discloses that after immersing an LT crystal material (a target of blackening treatment) in a solution containing sodium chloride or potassium chloride (metal halide), the LT crystal material is heated at a temperature lower than the Curie temperature and in a reducing atmosphere. And a method of superposing a reducing agent (polypolarized LT obtained by heat-treating an LT crystal at a temperature not lower than the Curie temperature and not higher than 950 ° C. under a reducing atmosphere) and the LT crystal material, and performing a heat treatment. I have. The methods disclosed in Patent Literature 2 and Patent Literature 3 do not use a powder and use the LT crystal material (a multi-polarized LT) as a reducing material (a slice wafer composed of an LT crystal) or a reducing agent (polypolarized LT). Since the same LT crystal as that of the blackening treatment is applied, the LT crystal to be a product is not contaminated, the workability is good, and the productivity is improved. However, in these methods, since the LT crystal material (the subject of the blackening treatment) is brought into contact with the base material or the reducing agent to perform the reduction treatment, depending on the degree of contact of the LT crystal material, striped or annual ring-shaped color unevenness ( (A variation in conductivity occurs in the substrate). Further, in these methods, it is necessary to prepare in advance a base material (sliced wafer made of LT crystal) and a reducing agent (polypolarized LT) which have been subjected to a reduction treatment, so that the production efficiency is correspondingly low.

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、焦電性による不具合の改善効果が均一で、色むら不良の発生を抑制でき、低コストで再現性と生産効率に優れたタンタル酸リチウム基板の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and it is an object of the present invention that the effect of improving the problem due to pyroelectricity is uniform, the occurrence of color unevenness can be suppressed, and the reproducibility is low. And a method for producing a lithium tantalate substrate excellent in production efficiency.

上記課題を解決するため、本発明者は、予め、還元処理された元材(LT結晶から成るスライスウェハ)や還元剤(多分極LT)を準備する必要のない特許文献1に記載された方法に着目し、この方法において直径1〜5mm程度の黒い点状の還元むら(点状色むら)が発生する原因について鋭意分析を行った。この結果、特許文献1の方法を実施する際、Al粉とAl23粉から成る混合粉中に不可避的に混入し、あるいは、基板形状のLT結晶表面に不可避的に吸着した衣類繊維等の浮遊ごみが上記還元むら(点状色むら)の原因であることを見出すに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has disclosed a method described in Patent Literature 1 in which it is not necessary to prepare a reduction-treated base material (a slice wafer made of LT crystal) or a reducing agent (polypolarized LT) in advance. In this method, a detailed analysis was performed on the cause of the occurrence of black dot-like reduction unevenness (dot-like color unevenness) having a diameter of about 1 to 5 mm in this method. As a result, when the method of Patent Document 1 is carried out, clothing fibers or the like inevitably mixed into a mixed powder composed of Al powder and Al 2 O 3 powder, or inevitably adsorbed on the substrate-shaped LT crystal surface. It has been found that the floating refuse is the cause of the reduction unevenness (dotted color unevenness).

すなわち、衣類繊維の主な成分はセルロース[分子式(C6105)n]であるが、還元処理中の高温下において上記セルロースが自己分解し、下記反応式に示すようにカーボンガス(C)、水蒸気(H2O)等が生成される。
6105 → 6C + 5H2
That is, the main component of the garment fiber is cellulose [molecular formula (C 6 H 10 O 5 ) n ], but the cellulose is self-decomposed at a high temperature during the reduction treatment, and carbon gas ( C), water vapor (H 2 O) and the like are generated.
C 6 H 10 O 5 → 6C + 5H 2 O

そして、生成した水蒸気と混合粉中に含まれるAl粉が反応し、Al粉が急激に酸化することで局所的な発熱が起こり、この反応が基板形状のLT結晶近傍で起きることによりその部分が局所的に還元され、黒い点状の上記還元むら(点状色むら)が発生していると考えられる。   Then, the generated water vapor reacts with the Al powder contained in the mixed powder, and the Al powder is rapidly oxidized to generate local heat. This reaction occurs in the vicinity of the LT crystal in the form of a substrate, and the portion is reduced. It is considered that the reduction is locally reduced and the above-mentioned black dot-like reduction unevenness (dot-like color unevenness) occurs.

本発明はこのような技術的分析と発見により完成されたもので、基板形状のLT結晶にアルミニウムが接触することがなく、かつ、Al粉とAl23粉との混合粉中に上記LT結晶を埋め込む煩雑な作業を要しないと共に、混合粉中に基板形状のLT結晶を埋め込む従前の処理方法(すなわち、特許文献1の方法)と同程度の体積抵抗率が得られるタンタル酸リチウム基板(LT基板)の製造方法を提供するものである。 The present invention has been completed by such technical analysis and discovery, and no aluminum comes into contact with the substrate-shaped LT crystal, and the LT powder is mixed in the mixed powder of Al powder and Al 2 O 3 powder. A lithium tantalate substrate (which does not require a complicated operation of embedding the crystal and obtains a volume resistivity equivalent to that of a conventional processing method of embedding the LT crystal having a substrate shape in the mixed powder (that is, the method of Patent Document 1)) (LT substrate).

すなわち、本発明に係る第1の発明は、
チョクラルスキー法で育成されたタンタル酸リチウム結晶を用いてタンタル酸リチウム基板を製造する方法において、
基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム結晶の両面に多孔質アルミナ板を重ね合わせて積層構造体を構成し、かつ、アルミニウム板を介して複数の上記積層構造体を重ね合わせて積層集合体を構成すると共に、該積層集合体が収容された容器を加熱炉内に配置した後、不活性ガス雰囲気下、350℃以上、タンタル酸リチウム結晶のキュリー温度未満の温度で熱処理してタンタル酸リチウム基板を製造することを特徴とする。
That is, the first invention according to the present invention is:
In a method of manufacturing a lithium tantalate substrate using lithium tantalate crystals grown by the Czochralski method,
A laminated structure is formed by laminating a porous alumina plate on both sides of a lithium tantalate crystal processed into a substrate state, and a plurality of the laminated structures are laminated via an aluminum plate to form a laminated assembly. And a heat treatment at 350 ° C. or higher and a temperature lower than the Curie temperature of the lithium tantalate crystal in an inert gas atmosphere after placing the container in which the laminated assembly is housed in a heating furnace. Is manufactured.

第2の発明は、
第1の発明に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法において、
上記タンタル酸リチウム結晶の両面に重ね合わせる多孔質アルミナ板の厚さが0.5mm以上5mm以下であることを特徴とする。
The second invention is
In the method for producing a lithium tantalate substrate according to the first invention,
The thickness of the porous alumina plate superposed on both surfaces of the lithium tantalate crystal is 0.5 mm or more and 5 mm or less.

第3の発明は、
第1の発明または第2の発明に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法において、
上記タンタル酸リチウム結晶の両面に重ね合わせる多孔質アルミナ板の気孔率が10%以上80%以下であることを特徴とする。
The third invention is
In the method for producing a lithium tantalate substrate according to the first invention or the second invention,
The porosity of the porous alumina plate superimposed on both surfaces of the lithium tantalate crystal is 10% or more and 80% or less.

第4の発明は、
第1の発明〜第3の発明のいずれかに記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法において、
上記アルミニウム板がエッチングにより表面積を増大させたエッチドアルミニウム板で構成されていることを特徴とする。
The fourth invention is
In the method for producing a lithium tantalate substrate according to any one of the first to third inventions,
The aluminum plate is characterized by being constituted by an etched aluminum plate whose surface area is increased by etching.

第5の発明は、
第1の発明に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法において、
上記不活性ガスがアルゴンガスで構成され、上記加熱炉が給気口と排気口を有すると共に、加熱炉内に連続的に給排されるアルゴンガスの流量が0.5〜5.0L/minであることを特徴とする。
The fifth invention is
In the method for producing a lithium tantalate substrate according to the first invention,
The inert gas is composed of argon gas, the heating furnace has an air supply port and an exhaust port, and the flow rate of the argon gas continuously supplied and discharged into the heating furnace is 0.5 to 5.0 L / min. It is characterized by being.

第6の発明は、
第1の発明に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法において、
上記不活性ガスがアルゴンガスで構成され、上記加熱炉が密閉されていると共に、該加熱炉内のアルゴンガスにより炉内圧力が大気圧雰囲気となっていることを特徴とする。
The sixth invention is
In the method for producing a lithium tantalate substrate according to the first invention,
The inert gas is composed of argon gas, the heating furnace is sealed, and the pressure in the furnace is set to an atmospheric pressure by the argon gas in the heating furnace.

本発明方法によれば、基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム結晶にアルミニウムが接触することがないため上記還元むら(点状色むら)の発生が抑制され、かつ、特許文献1におけるAl粉とAl23粉との混合粉中に基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム結晶を埋め込む煩雑な作業を行う必要もない。 According to the method of the present invention, aluminum does not come into contact with the lithium tantalate crystal processed into a substrate state, so that the occurrence of the above-mentioned reduction unevenness (dot-like color unevenness) is suppressed, and the Al powder disclosed in Patent Document 1 and Al 2 O is not necessary to perform complicated operations to 3 embedding the mixed powder lithium-tantalate crystal which is processed to the state of the substrate during the powder.

従って、焦電性による不具合の改善効果が均一であるタンタル酸リチウム基板を効率よく製造することが可能となる。   Therefore, it is possible to efficiently manufacture a lithium tantalate substrate having a uniform effect of improving the problem caused by pyroelectricity.

基板形状のLT結晶4の両面に多孔質アルミナ板2、2を重ね合わせて積層構造体10とし、かつ、アルミニウム板3を介して複数の積層構造体10を重ね合わせて積層集合体100を構成すると共に、該積層集合体100が収容された容器1を大型容器5内に1個(図1ではステンレス容器1が1個の場合を示す)若しくは複数個収容した状態を示す説明図。The porous alumina plates 2 and 2 are superposed on both surfaces of the substrate-shaped LT crystal 4 to form a laminated structure 10, and a plurality of laminated structures 10 are laminated via the aluminum plate 3 to form a laminated assembly 100. FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which one container (in FIG. 1, one stainless steel container is shown) or a plurality of containers 1 in which the stacked aggregate 100 is stored in a large container 5.

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.

LT結晶は、結晶内に存在する酸素空孔濃度によって電気伝導度と色が変化する。LT結晶中に酸素空孔が導入されると、チャージバランスをとる必要から一部のTaイオンの価数が5+から4+に変わり、電気伝導性を生じると同時に光吸収を起こす。電気伝導は、キャリアである電子がTa5+イオンとTa4+イオンの間を移動するために生ずると考えられる。結晶の電気伝導度は、単位体積当たりのキャリア数とキャリアの移動度の積で決まる。移動度が同じであれば、電気伝導度は酸素空孔数に比例する。また、光吸収による色変化は、酸素空孔により導入された電子レベルによるものと考えられる。 The LT crystal changes its electrical conductivity and color depending on the concentration of oxygen vacancies present in the crystal. When oxygen vacancies are introduced into the LT crystal, the valency of some Ta ions changes from 5+ to 4+ due to the need to balance the charge, which causes electrical conductivity and light absorption. It is considered that electric conduction occurs because electrons serving as carriers move between Ta 5+ ions and Ta 4+ ions. The electrical conductivity of a crystal is determined by the product of the number of carriers per unit volume and the mobility of the carriers. For the same mobility, the electrical conductivity is proportional to the number of oxygen vacancies. The color change due to light absorption is considered to be due to the level of electrons introduced by oxygen vacancies.

ところで、LT結晶の導電率を高くする場合、酸素分圧が充分に低い不活性ガス中において、基板形状のLT結晶をキュリー温度未満の温度で熱処理してLT結晶中に酸素空孔を導入する方法が考えられる。しかし、一般的に市販されている低酸素濃度の不活性ガスであっても不純物として数ppm以下の酸素が含まれるため、一般的に市販されている不活性ガスを用いた熱処理では充分にLT結晶の導電率を高くすることはできない。上記特許文献1では、基板形状のLT結晶を、Al粉とAl23粉との混合粉中に埋め込んで熱処理する方法を開示している。しかし、混合粉中におけるAl粉の比率が高くなるに従い、直径1〜5mm程度の黒い点の還元むら(点状色むら)が発生し易くなる。この還元むらは、上述したようにAl粉とAl23粉との混合粉中に不可避的に混入し、あるいは、上記LT結晶表面に不可避的に吸着した衣類繊維等の浮遊ごみに起因すると考えられる。 Meanwhile, when increasing the conductivity of the LT crystal, the LT crystal having a substrate shape is heat-treated at a temperature lower than the Curie temperature in an inert gas having a sufficiently low oxygen partial pressure to introduce oxygen vacancies into the LT crystal. A method is conceivable. However, even a commercially available inert gas having a low oxygen concentration contains a few ppm or less of oxygen as an impurity. The conductivity of the crystal cannot be increased. Patent Document 1 discloses a method in which a substrate-shaped LT crystal is embedded in a mixed powder of Al powder and Al 2 O 3 powder and heat-treated. However, as the ratio of Al powder in the mixed powder increases, unevenness of reduction (dot-like color unevenness) of black dots having a diameter of about 1 to 5 mm tends to occur. This reduction unevenness is inevitably mixed into the mixed powder of Al powder and Al 2 O 3 powder as described above, or is caused by floating dust such as clothing fibers inevitably adsorbed on the LT crystal surface. Conceivable.

そこで、本発明方法においては、基板形状のLT結晶両面に多孔質アルミナ板を重ね合わせて積層構造体とし、かつ、アルミニウム板を介して複数の上記積層構造体を重ね合わせて積層構造体とすることで、アルミニウム板の酸化反応によりLT結晶周辺に存在する不活性ガスの酸素分圧を低下させてLT結晶に酸素空孔を導入する条件が得られ、更に、上記多孔質アルミナ板が介在して基板形状のLT結晶とアルミニウム板が接触しないため、上記還元むら(点状色むら)の発生が抑制される。   Therefore, in the method of the present invention, a porous alumina plate is superposed on both surfaces of the LT crystal in the form of a substrate to form a laminated structure, and a plurality of the above laminated structures are laminated via an aluminum plate to form a laminated structure. Thus, a condition for introducing oxygen vacancies into the LT crystal by reducing the oxygen partial pressure of the inert gas existing around the LT crystal by the oxidation reaction of the aluminum plate is obtained, and further, the porous alumina plate is interposed. Since the LT crystal in the form of a substrate does not come into contact with the aluminum plate, the occurrence of the reduction unevenness (dot-like color unevenness) is suppressed.

すなわち、図1に示すように、基板形状のLT結晶4の両面に多孔質アルミナ板2、2を重ね合わせて積層構造体10とし、かつ、アルミニウム板3を介して複数の積層構造体10を重ね合わせて積層集合体100を構成する。そして、上記積層集合体100をステンレス容器1に収容し、かつ、1個(図1ではステンレス容器1が1個の場合を示す)若しくは複数個のステンレス容器1をアルミニウムで構成された大型容器5に収容し、この大型容器5を加熱炉(図示せず)内に配置した後、不活性ガス雰囲気下、350℃以上、タンタル酸リチウム結晶のキュリー温度未満の温度で熱処理して基板形状のLT結晶4を還元処理している。   That is, as shown in FIG. 1, porous alumina plates 2 and 2 are superimposed on both surfaces of a substrate-shaped LT crystal 4 to form a laminated structure 10, and a plurality of laminated structures 10 are interposed via an aluminum plate 3. The stacked assembly 100 is formed by overlapping. Then, the laminated assembly 100 is accommodated in the stainless steel container 1, and one (in FIG. 1, one stainless steel container 1 is shown) or a plurality of stainless steel containers 1 is a large container 5 made of aluminum. The large container 5 is placed in a heating furnace (not shown), and then heat-treated in an inert gas atmosphere at a temperature of 350 ° C. or higher and lower than the Curie temperature of the lithium tantalate crystal to form a substrate LT. Crystal 4 is being reduced.

尚、図1に示す上記容器1と大型容器5は蓋材で覆われているが密閉容器ではない。また、大型容器5を省略して上記容器1を加熱炉内に直接配置してもよい。   The container 1 and the large container 5 shown in FIG. 1 are covered with a cover material, but are not closed containers. Further, the large container 5 may be omitted and the container 1 may be directly disposed in the heating furnace.

本発明方法では、図1に示すように多孔質アルミナ板2が介在して基板形状のLT結晶4とアルミニウム板3が接触しないため、上記浮遊ごみ等に起因した水蒸気とアルミニウムの発熱反応が基板形状のLT結晶4近傍で起きることを防止でき、上記還元むら(点状色むら)の発生を抑制することが可能となる。   In the method of the present invention, as shown in FIG. 1, the porous alumina plate 2 intervenes and the LT crystal 4 in the form of a substrate does not come into contact with the aluminum plate 3, so that the exothermic reaction between water vapor and aluminum caused by the above-mentioned floating dust and the like causes It can be prevented from occurring near the shaped LT crystal 4, and it is possible to suppress the occurrence of the above-described reduction unevenness (dot-like color unevenness).

また、多孔質アルミナ板2を用いることにより、基板形状のLT結晶4近傍におけるアルゴンガス(不活性ガス)の対流速度を速め、上記LT結晶4から脱離した酸素分子の拡散を速めることにより還元処理を促進させることが可能となる。   Further, by using the porous alumina plate 2, the convection velocity of the argon gas (inert gas) near the substrate-shaped LT crystal 4 is increased, and the diffusion of oxygen molecules desorbed from the LT crystal 4 is reduced, thereby reducing Processing can be promoted.

更に、多孔質アルミナ板2に重ね合わせるアルミニウム板3の表面積を増大させることにより、上記LT結晶4の体積抵抗率を下げることが可能となる。アルミニウム板3の表面積を増大させることで、アルゴンガス(不活性ガス)中の酸素とアルミニウム板との接触確率が増え、アルミニウムの酸化反応が起き易くなることから効率的にアルゴンガス(不活性ガス)を低酸素分圧にでき、この結果、基板形状のLT結晶4の還元処理を促進させることが可能となる。尚、アルミニウム板3の表面積を増大させる方法としては、パンチングにより穴を開け、あるいは、エッチングにより微細凹凸が表面に形成されたエッチドアルミニウム板を用いる方法が挙げられる。   Furthermore, the volume resistivity of the LT crystal 4 can be reduced by increasing the surface area of the aluminum plate 3 to be superimposed on the porous alumina plate 2. Increasing the surface area of the aluminum plate 3 increases the probability of contact between oxygen in the argon gas (inert gas) and the aluminum plate, and facilitates the oxidation reaction of aluminum. ) Can be reduced to a low oxygen partial pressure, and as a result, it is possible to promote the reduction treatment of the LT crystal 4 having a substrate shape. As a method of increasing the surface area of the aluminum plate 3, a method of forming a hole by punching or a method of using an etched aluminum plate having fine irregularities formed on the surface by etching is used.

以下、本発明方法の構成について詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the method of the present invention will be described in detail.

(1)多孔質アルミナ板
本発明方法においては多孔質アルミナ板を使用する。多孔質アルミナ板を使用することで通気性がよくなり、アルミニウム板の還元性が促進される。
(1) Porous alumina plate In the method of the present invention, a porous alumina plate is used. By using a porous alumina plate, air permeability is improved, and the reducibility of the aluminum plate is promoted.

緻密質のアルミナ板若しくは気孔率が10%未満のアルミナ板を使用した場合、アルミニウム板との通気性が悪くなるため、基板形状のLT結晶との接触具合により特許文献2〜3の方法と類似した縞状あるいは年輪状の還元むらを発生することがある。アルミナ板の気孔率は10%以上80%以下がよく、好ましくは60%以上である。アルミナ板の気孔率を高くすることで通気性がよくなり、アルミニウム板の還元性が促進される。また、アルミナ板の気孔率が80%を超えた場合、アルミナ板の強度が弱くなり、アルミナ板の取り扱い時においてアルミナ板が割れてしまったり、欠け等が多発する。このため、アルミナ板の気孔率は、上述したように10%以上80%以下が好ましい。   When a dense alumina plate or an alumina plate having a porosity of less than 10% is used, the air permeability with the aluminum plate is deteriorated. Therefore, similar to the method of Patent Documents 2 and 3 depending on the contact condition with the LT crystal having a substrate shape. Striped or annual ring-shaped reduction unevenness may occur. The porosity of the alumina plate is preferably 10% or more and 80% or less, and more preferably 60% or more. By increasing the porosity of the alumina plate, the air permeability is improved, and the reducibility of the aluminum plate is promoted. Further, when the porosity of the alumina plate exceeds 80%, the strength of the alumina plate is weakened, and the alumina plate is frequently broken or chipped during handling of the alumina plate. Therefore, the porosity of the alumina plate is preferably 10% or more and 80% or less as described above.

また、アルミナ板の大きさについては、上記LT結晶の大きさより大きく設定する。
好ましくは、LT結晶の外周端側から外方へ食み出るアルミナ板の外周側が、LT結晶の厚み分だけ大きく、かつ、アルミナ板の厚さ以下に設定するとよい。LT結晶の外周端側から外方へ食み出るアルミナ板の外周側がアルミナ板の厚さ以下に設定することで、LT結晶の外周縁部が濃い黒色となる周辺黒化不良(LT結晶の外周縁部が強く還元されることに起因する黒化不良)等を防止することができる。そして、LT結晶の外周端側から外方へ食み出るアルミナ板の外周側が、LT結晶の厚み分だけ大きく、かつ、アルミナ板の厚さ以下に設定することで、上記LT結晶の外周縁部を含め均一に還元処理することが可能となる。
The size of the alumina plate is set to be larger than the size of the LT crystal.
Preferably, the outer peripheral side of the alumina plate protruding outward from the outer peripheral end side of the LT crystal is set to be larger by the thickness of the LT crystal and equal to or smaller than the thickness of the alumina plate. By setting the outer peripheral side of the alumina plate that protrudes outward from the outer peripheral end side of the LT crystal to be equal to or less than the thickness of the alumina plate, the outer peripheral edge of the LT crystal becomes dark black. Blackening caused by the peripheral portion being strongly reduced) can be prevented. By setting the outer peripheral side of the alumina plate protruding outward from the outer peripheral end side of the LT crystal by the thickness of the LT crystal and not more than the thickness of the alumina plate, the outer peripheral edge of the LT crystal is set. Can be uniformly reduced.

また、アルミナ板の厚さについては、5mm以下が好ましく、2mm以下がより好ましい。厚みが5mmを超えた場合、基板形状のLT結晶と上記アルミニウム板との距離が大きくなるため還元作用が低下し、また、上記積層構造体10の厚さが大きくなって容器1内に収容される処理枚数が減少するため生産性が悪化する。厚みが0.5mm未満の場合、アルミナ板の強度が弱くなり、アルミナ板の取り扱い時においてアルミナ板が割れてしまったり、欠け等が多発する。このため、アルミナ板の厚さは、0.5mm以上、5mm以下が好ましい。   Further, the thickness of the alumina plate is preferably 5 mm or less, more preferably 2 mm or less. If the thickness exceeds 5 mm, the distance between the substrate-shaped LT crystal and the aluminum plate becomes large, so that the reducing action is reduced. In addition, the thickness of the laminated structure 10 becomes large and is accommodated in the container 1. As the number of processed sheets decreases, productivity deteriorates. When the thickness is less than 0.5 mm, the strength of the alumina plate is weakened, and the alumina plate is often broken or chipped during handling of the alumina plate. Therefore, the thickness of the alumina plate is preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less.

(2)アルミニウム板
アルミニウム板としては、表面が平滑なアルミニウム板若しくは表裏面が粗面化されたアルミニウム板を使用することができる。また、アルミニウム板の大きさについては、上記アルミナ板と同様、LT結晶の外周端側から外方へ食み出るアルミニウム板の外周側が、LT結晶の厚み分だけ大きく、かつアルミナ板の厚さ以下に設定するとよい。また、アルミニウム板の厚さについては特に限定はなく、0.005mm〜1mmとするとよい。
(2) Aluminum plate As the aluminum plate, an aluminum plate with a smooth surface or an aluminum plate with roughened front and back surfaces can be used. As for the size of the aluminum plate, similarly to the above-mentioned alumina plate, the outer peripheral side of the aluminum plate protruding outward from the outer peripheral end side of the LT crystal is larger by the thickness of the LT crystal and not more than the thickness of the alumina plate. Should be set to. The thickness of the aluminum plate is not particularly limited, and may be 0.005 mm to 1 mm.

尚、複数の積層構造体10を重ね合わせて図1に示す積層集合体100を構成する場合、最上段と最下段に位置するLT結晶4の両面側にも多孔質アルミナ板2を介しアルミニウム板が配置されるようにするには、図1に示すように積層集合体100の最上面と最下面はアルミニウム板3で構成されることになる。そして、積層集合体100の最上面を構成するアルミニウム板(箔)3の板厚が薄い場合、アルミニウム板(箔)3表面にうねり等が発生して多孔質アルミナ板2にアルミニウム板(箔)3が均一に密着しなくなることがある。このような場合、アルミニウム板(箔)3の密着性を高めるためにアルミニウム板(箔)3の外側に、更に、多孔質アルミナ板2を配置してもよい。   When a plurality of laminated structures 10 are superposed to form the laminated assembly 100 shown in FIG. 1, both sides of the LT crystal 4 located at the uppermost stage and the lowermost stage are also placed on the aluminum plate via the porous alumina plate 2. Is arranged, the uppermost surface and the lowermost surface of the laminated assembly 100 are formed of the aluminum plate 3 as shown in FIG. When the thickness of the aluminum plate (foil) 3 constituting the uppermost surface of the laminated assembly 100 is small, undulations and the like occur on the surface of the aluminum plate (foil) 3 and the aluminum plate (foil) is formed on the porous alumina plate 2. 3 may not adhere uniformly. In such a case, the porous alumina plate 2 may be further disposed outside the aluminum plate (foil) 3 in order to enhance the adhesion of the aluminum plate (foil) 3.

また、上述したようにアルミニウム板の表面積を大きくしてその還元性が促進されるようにしてもよく、例えば、パンチングによりφ0.5mm〜φ1mmの貫通孔を複数形成したアルミニウム板を使用してもよい。また、貫通孔を形成する方法に代えてアルミニウム板の表裏面に微細凹凸を形成してもよい。例えば、アルミニウム板の表裏面をエッチングして粗化することで微細凹凸を形成してもよい。尚、微細凹凸の大きさは、比表面積で表してもよい。因みに、表面が平滑なアルミニウム板の比表面積は、下記実施例において示されているように0.025m2/gである。また、エッチングにより微細凹凸が表面に形成されたアルミニウム(エッチドアルミニウム)板の比表面積は0.694m2/g(実施例13参照)である。アルミニウム板の比表面積が大きくなることでLT結晶の還元処理がより促進される。また、上記比表面積は、比表面測定装置を用いBET流動法により測定して算出される。 Further, as described above, the surface area of the aluminum plate may be increased to promote its reducibility. For example, an aluminum plate formed with a plurality of through-holes of φ0.5 mm to φ1 mm by punching may be used. Good. Also, fine irregularities may be formed on the front and back surfaces of the aluminum plate instead of the method of forming the through holes. For example, fine irregularities may be formed by etching and roughening the front and back surfaces of an aluminum plate. The size of the fine irregularities may be represented by a specific surface area. Incidentally, the specific surface area of the aluminum plate having a smooth surface is 0.025 m 2 / g as shown in the following examples. Further, the specific surface area of the aluminum (etched aluminum) plate having fine irregularities formed on the surface by etching is 0.694 m 2 / g (see Example 13). When the specific surface area of the aluminum plate increases, the reduction treatment of the LT crystal is further promoted. The specific surface area is calculated by measuring with a specific surface measuring device by a BET flow method.

(3)熱処理条件
図1に示すように、基板形状のLT結晶4の両面に多孔質アルミナ板2、2を重ね合わせて積層構造体10とし、かつ、アルミニウム板3を介して複数の積層構造体10を重ね合わせて積層集合体100を構成すると共に、該積層集合体100が収容されたステンレス容器1をアルミニウム製の大型容器5内に収容した後、加熱炉(図示せず)内に配置し、不活性ガス雰囲気下、350℃以上、タンタル酸リチウム結晶のキュリー温度(約600℃)未満の温度で熱処理してタンタル酸リチウム基板を製造する。また、上述したようにアルミニウム製の大型容器5を省略してステンレス容器1を加熱炉内に直接配置してもよい。
(3) Heat treatment conditions As shown in FIG. 1, porous alumina plates 2 and 2 are superposed on both surfaces of a substrate-shaped LT crystal 4 to form a laminated structure 10, and a plurality of laminated structures are interposed via an aluminum plate 3. The stacked bodies 100 are stacked to form a stacked assembly 100, and the stainless steel container 1 in which the stacked assembly 100 is housed is accommodated in a large aluminum container 5, and then placed in a heating furnace (not shown). Then, a heat treatment is performed in an inert gas atmosphere at a temperature of 350 ° C. or higher and lower than the Curie temperature of the lithium tantalate crystal (about 600 ° C.) to manufacture a lithium tantalate substrate. Further, as described above, the stainless steel container 1 may be directly arranged in the heating furnace, omitting the large container 5 made of aluminum.

上記不活性ガスについては、一般的に市販されているアルゴンガス(酸素分圧は1×10-6atm程度)や窒素ガス等を適用できる。また、上記加熱炉内の雰囲気は、給気口と排気口を有し、不活性ガスが加熱炉内に連続的に給排されて加熱炉内の圧力が大気圧雰囲気に設定され、あるいは、上記加熱炉が密閉され、加熱炉内に封入された不活性ガスにより加熱炉内の圧力が大気圧雰囲気に設定されている条件が例示される。 As the inert gas, commercially available argon gas (oxygen partial pressure is about 1 × 10 −6 atm), nitrogen gas, and the like can be used. Further, the atmosphere in the heating furnace has an air supply port and an exhaust port, an inert gas is continuously supplied and discharged into the heating furnace, and the pressure in the heating furnace is set to an atmospheric pressure atmosphere, or An example is a condition in which the heating furnace is sealed and the pressure in the heating furnace is set to an atmospheric pressure atmosphere by an inert gas sealed in the heating furnace.

そして、前者(すなわち、不活性ガスが連続的に給排される加熱炉)の場合、加熱炉内に連続的に給排される不活性ガスの流量については、不活性ガスがアルゴンガスである場合、0.5〜5L/minであることが好ましい。尚、不活性ガスが連続的に給排される上記加熱炉が適用された場合、加熱炉内を減圧あるいは真空に設定することが無く、密閉容器や減圧処理装置を要しないため設備コストの削減が図れる。   In the former case (that is, a heating furnace in which the inert gas is continuously supplied and discharged), the inert gas is an argon gas with respect to the flow rate of the inert gas continuously supplied and discharged into the heating furnace. In this case, it is preferably 0.5 to 5 L / min. In addition, when the above-mentioned heating furnace in which the inert gas is continuously supplied and discharged is applied, the inside of the heating furnace is not set to a reduced pressure or a vacuum, and a closed vessel and a decompression device are not required, thereby reducing equipment costs. Can be achieved.

本発明方法により、LT基板の体積抵抗率を3×109〜5×1012(Ω・cm)程度に設定することができる。尚、LT基板の体積抵抗率は、上記アルミナ板の気孔率、板厚、アルミニウム板の比表面積等により適宜調整することができる。 According to the method of the present invention, the volume resistivity of the LT substrate can be set to about 3 × 10 9 to 5 × 10 12 (Ω · cm). The volume resistivity of the LT substrate can be appropriately adjusted by the porosity, plate thickness, specific surface area of the aluminum plate, and the like of the alumina plate.

また、本発明方法では、上述したように多孔質アルミナ板が介在して基板形状のLT結晶とアルミニウム板が接触しないため、浮遊ごみ等に起因した水蒸気とアルミニウムの発熱反応がLT結晶近傍で起きることを防止でき、還元むら(点状色むら)の発生を抑制することが可能となる。   Further, in the method of the present invention, since the porous alumina plate intervenes and the LT crystal in the form of the substrate does not come into contact with the aluminum plate, an exothermic reaction between water vapor and aluminum due to floating dust occurs near the LT crystal. This can prevent the occurrence of reduction unevenness (dot-like color unevenness).

更に、本発明方法では、特許文献1におけるAl粉とAl23粉との混合粉中に基板形状のLT結晶を埋め込む煩雑な作業を行う必要もないため、LT基板の生産性を著しく向上させることが可能となる。 Further, in the method of the present invention, it is not necessary to perform a complicated operation of embedding the LT crystal having the substrate shape in the mixed powder of the Al powder and the Al 2 O 3 powder in Patent Document 1, so that the productivity of the LT substrate is significantly improved. It is possible to do.

以下、本発明の実施例について比較例も挙げて具体的に説明するが、本発明の技術範囲は下記実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, Examples of the present invention will be specifically described with reference to Comparative Examples, but the technical scope of the present invention is not limited by the following Examples.

[加熱炉の構成]
実施例と比較例で用いられる加熱炉には給気口と排気口が設けられ、一般的に市販されているアルゴンガス(酸素分圧は1×10-6atm程度)が給気口を介し加熱炉内に連続的に供給されると共に、排気口を介してアルゴンガス(不活性ガス)が加熱炉外へ連続的に排気されて、加熱炉内は大気圧雰囲気下に調整されている。尚、加熱炉内に給排されるアルゴンガスの流量は2L/minに設定されている。
[Configuration of heating furnace]
The heating furnaces used in Examples and Comparative Examples are provided with an air inlet and an air outlet, and generally commercially available argon gas (oxygen partial pressure is about 1 × 10 −6 atm) is supplied through the air inlet. In addition to being continuously supplied into the heating furnace, argon gas (inert gas) is continuously exhausted outside the heating furnace through an exhaust port, and the inside of the heating furnace is adjusted to an atmospheric pressure atmosphere. The flow rate of the argon gas supplied and discharged into the heating furnace is set at 2 L / min.

[LT結晶の育成とインゴットの加工等]
コングルエント組成の原料を用い、チョクラルスキー法により、直径4インチであるLT単結晶の育成を行った。育成雰囲気は、酸素濃度約3%の窒素−酸素混合ガスである。得られたLT結晶のインゴットは透明な淡黄色であった。
[Growth of LT crystal and processing of ingot, etc.]
Using a raw material having a congruent composition, an LT single crystal having a diameter of 4 inches was grown by the Czochralski method. The growth atmosphere is a nitrogen-oxygen mixed gas having an oxygen concentration of about 3%. The obtained LT crystal ingot was transparent and pale yellow.

LT結晶のインゴットに対し、熱歪み除去のための熱処理と単一分極とするためのポーリング処理を行った後、外周研削、スライス、および研磨を行って42゜RY(Rotated Y axis)の基板形状に加工されたLT結晶とした。   The LT crystal ingot is subjected to heat treatment for removing thermal strain and poling treatment for forming a single polarization, and then is subjected to outer peripheral grinding, slicing, and polishing to obtain a substrate shape of 42 RY (Rotated Y axis). LT crystal processed into

得られた42゜RYのLT結晶は、無色透明で、体積抵抗率は1×1015Ω・cm、キュリー温度は603℃であった。 The obtained 42 ° RY crystal was colorless and transparent, had a volume resistivity of 1 × 10 15 Ω · cm, and a Curie temperature of 603 ° C.

[実施例1]
基板形状に加工した上記LT結晶4の両面に多孔質アルミナ板2、2を重ね合わせて積層構造体10を構成し、アルミニウム板3を介して4つの積層構造体10を重ね合わせて図1に示す積層集合体100を構成した後、該積層集合体100をステンレス製容器に収容した。尚、積層集合体100の最上面と最下面は図1に示すようにアルミニウム板3で構成されている。また、上記多孔質アルミナ板2には、直径が102mm、気孔率が70%、厚みが1mmのものを使用した。また、平滑なアルミニウム板(箔)3は、直径が102mm、厚みが15μm、BET流動法により測定した比表面積は0.025m2/gであった。
[Example 1]
The laminated structure 10 is formed by laminating the porous alumina plates 2 and 2 on both sides of the LT crystal 4 processed into a substrate shape, and the four laminated structures 10 are laminated via the aluminum plate 3 to obtain the laminated structure shown in FIG. After constructing the laminated assembly 100 shown, the laminated assembly 100 was housed in a stainless steel container. Note that the uppermost surface and the lowermost surface of the stacked assembly 100 are formed of an aluminum plate 3 as shown in FIG. The porous alumina plate 2 had a diameter of 102 mm, a porosity of 70%, and a thickness of 1 mm. The smooth aluminum plate (foil) 3 had a diameter of 102 mm, a thickness of 15 μm, and a specific surface area of 0.025 m 2 / g measured by a BET flow method.

そして、上記積層集合体100が収容されたステンレス製容器を加熱炉内に配置した後、吸気口を介し市販されているアルゴンガスを加熱炉内に供給した。   Then, after placing the stainless steel container accommodating the laminated assembly 100 in the heating furnace, a commercially available argon gas was supplied into the heating furnace through the air inlet.

そして、2L/minの流量で上記アルゴンガスを大気圧雰囲気下の加熱炉内に連続的に給排し、580℃、20時間の熱処理(黒化処理)を行った。   Then, the above-mentioned argon gas was continuously supplied and discharged into the heating furnace under an atmospheric pressure atmosphere at a flow rate of 2 L / min, and heat treatment (blackening treatment) was performed at 580 ° C. for 20 hours.

熱処理を行った合計200枚のLT結晶について、処理後のLT基板の体積抵抗率を測定し、かつ、目視検査により点状色むら(還元むら)の発生率を調査した。尚、体積抵抗率は、JIS K−6911に準拠した3端子法により測定している。   For a total of 200 heat-treated LT crystals, the volume resistivity of the treated LT substrate was measured, and the occurrence rate of spot-like color unevenness (reduction unevenness) was examined by visual inspection. The volume resistivity is measured by a three-terminal method based on JIS K-6911.

熱処理(黒化処理)後におけるLT基板の体積抵抗率は3.0×109Ω・cm程度で(200枚のLT基板の平均値)、LT基板表面の点状むら(色むら)発生率は0.0%であった。これ等結果を表1に示す。 The volume resistivity of the LT substrate after the heat treatment (blackening treatment) is about 3.0 × 10 9 Ω · cm (average value of 200 LT substrates), and the occurrence rate of spot-like unevenness (color unevenness) on the surface of the LT substrate Was 0.0%. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
上記多孔質アルミナ板の気孔率が60%である以外は、実施例1と同一条件によりLT結晶の熱処理(黒化処理)を行った。
[Example 2]
The LT crystal was heat-treated (blackened) under the same conditions as in Example 1 except that the porosity of the porous alumina plate was 60%.

熱処理(黒化処理)後におけるLT基板の体積抵抗率は5.0×109Ω・cm程度であり、点状むら(色むら)発生率は0.0%であった。 The volume resistivity of the LT substrate after the heat treatment (blackening treatment) was about 5.0 × 10 9 Ω · cm, and the occurrence rate of spot-like unevenness (uneven color) was 0.0%.

結果を表1に示す。   Table 1 shows the results.

[実施例3〜12]
上記多孔質アルミナ板の気孔率、厚みについて、表1に記載した条件に変更した以外は、実施例1と同一条件によりLT結晶の熱処理(黒化処理)を行った。
[Examples 3 to 12]
The LT crystal was heat-treated (blackened) under the same conditions as in Example 1 except that the porosity and thickness of the porous alumina plate were changed to the conditions described in Table 1.

熱処理(黒化処理)後の実施例3〜12に係るLT基板の体積抵抗率は17.0×109〜5.0×1012Ω・cmであり、点状むら(色むら)発生率は0.0%であった。 The volume resistivity of the LT substrates according to Examples 3 to 12 after the heat treatment (blackening treatment) is 17.0 × 10 9 to 5.0 × 10 12 Ω · cm, and the rate of occurrence of dot-like unevenness (color unevenness) Was 0.0%.

これ等結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

[比較例1]
上記多孔質アルミナ板を、厚みが1mmで緻密質のアルミナ板に変更した以外は、実施例1と同一条件によりLT結晶の熱処理(黒化処理)を行った。
[Comparative Example 1]
The LT crystal was heat-treated (blackened) under the same conditions as in Example 1 except that the porous alumina plate was changed to a dense alumina plate having a thickness of 1 mm.

熱処理(黒化処理)後におけるLT基板表面の点状むら(色むら)発生率は実施例1と同様0.0%であったが、体積抵抗率は測定上限(1015Ω・cm)以上であり、色調変化はわずかに黒化していることが確認できたものの、ほとんど黒化していなかった。 The occurrence rate of spot-like unevenness (uneven color) on the LT substrate surface after the heat treatment (blackening treatment) was 0.0% as in Example 1, but the volume resistivity was equal to or higher than the upper limit of measurement (10 15 Ω · cm). The color tone change was confirmed to be slightly blackened, but hardly blackened.

結果を表1に示す。   Table 1 shows the results.

[実施例13]
平滑なアルミニウム板(箔)に代えて、エッチングにより微細凹凸が表面に形成されたエッチドアルミニウム板(箔)を適用した以外は実施例1と同一条件によりLT結晶の熱処理(黒化処理)を行った。尚、上記エッチドAl板(箔)は、厚みが100μm前後、BET流動法により測定した比表面積は0.694m2/gであった。
Example 13
A heat treatment (blackening treatment) of the LT crystal was performed under the same conditions as in Example 1 except that an etched aluminum plate (foil) having fine irregularities formed on the surface by etching was used instead of the smooth aluminum plate (foil). went. The etched Al plate (foil) had a thickness of about 100 μm and a specific surface area of 0.694 m 2 / g measured by the BET flow method.

熱処理(黒化処理)後におけるLT基板の体積抵抗率は1.5×109Ω・cm程度であり、色むら不良の発生率は0.0%(実施例1と同様)であった。 The volume resistivity of the LT substrate after the heat treatment (blackening treatment) was about 1.5 × 10 9 Ω · cm, and the occurrence rate of color unevenness failure was 0.0% (similar to Example 1).

結果を表1に示す。   Table 1 shows the results.

[比較例2]
Al粉とAl23粉との混合粉中にLT結晶を埋め込んで熱処理する特許文献1に係る方法にて還元処理を行った。尚、Al粉の混合比は20%とし、熱処理中、2L/minの流量でアルゴンガスを大気圧雰囲気下の加熱炉内に連続的に給排した。
[Comparative Example 2]
The reduction treatment was performed by a method according to Patent Document 1 in which LT crystals were embedded in a mixed powder of Al powder and Al 2 O 3 powder and heat-treated. The mixing ratio of the Al powder was 20%, and argon gas was continuously supplied and discharged into the heating furnace under an atmospheric pressure atmosphere at a flow rate of 2 L / min during the heat treatment.

熱処理(黒化処理)後、実施例1と同一の方法により体積抵抗率の測定と色むら不良の発生率を調査した。   After the heat treatment (blackening treatment), the volume resistivity was measured and the occurrence rate of color unevenness failure was investigated by the same method as in Example 1.

熱処理(黒化処理)後の比較例2に係るLT基板の体積抵抗率は0.7×109Ω・cmと良好であったが、色むらの発生率は15.0%で、各実施例および比較例1より高かった。結果を表2に示す。 The volume resistivity of the LT substrate according to Comparative Example 2 after the heat treatment (blackening treatment) was as good as 0.7 × 10 9 Ω · cm, but the occurrence rate of color unevenness was 15.0%. It was higher than Example and Comparative Example 1. Table 2 shows the results.

[確 認]
(1)アルミナ板の厚みが全て1mmで、アルミナ板の気孔率が異なる実施例1〜5と比較例1について、得られたLT基板の体積抵抗率を比較した。
[Verification]
(1) The volume resistivity of the obtained LT substrate was compared between Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 in which the thickness of the alumina plate was all 1 mm and the porosity of the alumina plate was different.

気孔率70%の実施例1(3.0×109Ω・cm)、
気孔率60%の実施例2(5.0×109Ω・cm)、
気孔率50%の実施例3(7.0×109Ω・cm)、
気孔率30%の実施例4(1.0×1010Ω・cm)、
気孔率10%の実施例5(1.5×1010Ω・cm)
緻密質のアルミナ板が適用された比較例1(測定上限)、
これ等の比較からアルミナ板の気孔率が重要であり、アルミナ板の気孔率を上げる程、熱処理後におけるLT基板の体積抵抗率がより低下されることが確認された。
Example 1 having a porosity of 70% (3.0 × 10 9 Ω · cm),
Example 2 having a porosity of 60% (5.0 × 10 9 Ω · cm),
Example 3 having a porosity of 50% (7.0 × 10 9 Ω · cm),
Example 4 having a porosity of 30% (1.0 × 10 10 Ω · cm),
Example 5 having a porosity of 10% (1.5 × 10 10 Ω · cm)
Comparative Example 1 in which a dense alumina plate was applied (measurement upper limit),
From these comparisons, it was confirmed that the porosity of the alumina plate was important, and that the volume resistivity of the LT substrate after the heat treatment was further reduced as the porosity of the alumina plate was increased.

一方、緻密質のアルミナ板では、低酸素分圧となったArガスがLT結晶周辺まで到達しないため、黒化されないことが確認された。   On the other hand, it was confirmed that the dense alumina plate was not blackened because the low oxygen partial pressure Ar gas did not reach the vicinity of the LT crystal.

(2)アルミナ板の気孔率が全て70%で、アルミナ板の厚さが異なる実施例1、実施例6、および実施例11について、得られたLT基板の体積抵抗率を比較した。 (2) The volume resistivity of the obtained LT substrate was compared for Examples 1, 6, and 11 in which the porosity of the alumina plate was all 70% and the thickness of the alumina plate was different.

アルミナ板の厚さが1mmの実施例1(3.0×109Ω・cm)、
アルミナ板の厚さが2mmの実施例6(2.2×1010Ω・cm)、
アルミナ板の厚さが5mmの実施例11(3.0×1011Ω・cm)、
これ等の比較から、アルミナ板の厚みが大きくなる程、低酸素分圧となったArガスがLT結晶周辺まで到達し難くなるため、LT基板の体積抵抗率が低下され難くなることが確認された。
Example 1 in which the thickness of the alumina plate was 1 mm (3.0 × 10 9 Ω · cm),
Example 6 (2.2 × 10 10 Ω · cm) in which the thickness of the alumina plate was 2 mm,
Example 11 in which the thickness of the alumina plate is 5 mm (3.0 × 10 11 Ω · cm),
From these comparisons, it was confirmed that as the thickness of the alumina plate becomes larger, the Ar gas having a low oxygen partial pressure becomes more difficult to reach the vicinity of the LT crystal, so that the volume resistivity of the LT substrate becomes more difficult to decrease. Was.

(3)アルミナ板(気孔率が70%、厚さが1mm)は同一で、適用したアルミニウム板が異なる実施例1と実施例13について、得られたLT基板の体積抵抗率を比較した。 (3) The volume resistivity of the obtained LT substrate was compared between Example 1 and Example 13 where the alumina plate (porosity was 70% and the thickness was 1 mm) was the same and the applied aluminum plate was different.

平滑アルミニウム板(箔)を適用した実施例1(3.0×109Ω・cm)、
エッチドアルミニウム板(箔)を適用した実施例13(1.5×109Ω・cm)、
平滑アルミニウム板(箔)が適用された実施例1との比較から、エッチドアルミニウム板(箔)を用いてアルミニウム板の表面積を増大させることで、LT基板の体積抵抗率がより低下されることが確認された。
Example 1 (3.0 × 10 9 Ω · cm) using a smooth aluminum plate (foil),
Example 13 using an etched aluminum plate (foil) (1.5 × 10 9 Ω · cm),
From the comparison with Example 1 in which a smooth aluminum plate (foil) is applied, the volume resistivity of the LT substrate is further reduced by increasing the surface area of the aluminum plate using the etched aluminum plate (foil). Was confirmed.

(4)本発明方法を適用した実施例1〜13と、Al粉とAl23粉との混合粉中にLT結晶を埋め込んで熱処理する特許文献1の方法を適用した比較例2の比較から、本発明方法は、特許文献1の方法と同等までLT基板の体積抵抗率を低下させることができ、かつ、特許文献1で問題とされた点状むら(色むら)の発生を防止できることも確認された。 (4) Comparison between Examples 1 to 13 to which the method of the present invention is applied and Comparative Example 2 to which the method of Patent Document 1 is applied in which LT crystals are embedded in a mixed powder of Al powder and Al 2 O 3 powder and heat treatment is performed. Therefore, the method of the present invention can reduce the volume resistivity of the LT substrate to the same level as the method of Patent Document 1, and can prevent the occurrence of dot-like unevenness (color unevenness) which is a problem in Patent Document 1. Was also confirmed.

本発明方法によれば、点状むら(還元むら)の発生が抑制され、かつ、電気的特性に優れたタンタル酸リチウム基板を製造できるため、表面弾性波素子(SAWフィルター)用の基板材料に用いられる産業上の利用可能性を有している。   According to the method of the present invention, the occurrence of point-like unevenness (reduction unevenness) is suppressed, and a lithium tantalate substrate having excellent electrical characteristics can be manufactured. Therefore, the method can be used as a substrate material for a surface acoustic wave device (SAW filter). It has the industrial applicability used.

1 ステンレス容器
2 多孔質アルミナ板
3 アルミニウム板
4 基板形状のタンタル酸リチウム結晶
5 アルミニウム製の大型容器
10 積層構造体
100 積層集合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stainless steel container 2 Porous alumina plate 3 Aluminum plate 4 Substrate-shaped lithium tantalate crystal 5 Aluminum large container 10 Laminated structure 100 Laminated assembly

Claims (6)

チョクラルスキー法で育成されたタンタル酸リチウム結晶を用いてタンタル酸リチウム基板を製造する方法において、
基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム結晶の両面に多孔質アルミナ板を重ね合わせて積層構造体を構成し、かつ、アルミニウム板を介して複数の上記積層構造体を重ね合わせて積層集合体を構成すると共に、該積層集合体が収容された容器を加熱炉内に配置した後、不活性ガス雰囲気下、350℃以上、タンタル酸リチウム結晶のキュリー温度未満の温度で熱処理してタンタル酸リチウム基板を製造することを特徴とするタンタル酸リチウム基板の製造方法。
In a method of manufacturing a lithium tantalate substrate using lithium tantalate crystals grown by the Czochralski method,
A laminated structure is formed by laminating a porous alumina plate on both sides of a lithium tantalate crystal processed into a substrate state, and a plurality of the laminated structures are laminated via an aluminum plate to form a laminated assembly. And a heat treatment at 350 ° C. or higher and a temperature lower than the Curie temperature of the lithium tantalate crystal in an inert gas atmosphere after placing the container in which the laminated assembly is accommodated in a heating furnace. And a method for producing a lithium tantalate substrate.
上記タンタル酸リチウム結晶の両面に重ね合わせる多孔質アルミナ板の厚さが0.5mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。   The method for producing a lithium tantalate substrate according to claim 1, wherein the thickness of the porous alumina plate superimposed on both surfaces of the lithium tantalate crystal is 0.5 mm or more and 5 mm or less. 上記タンタル酸リチウム結晶の両面に重ね合わせる多孔質アルミナ板の気孔率が10%以上80%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。   The method for producing a lithium tantalate substrate according to claim 1 or 2, wherein the porosity of the porous alumina plate superimposed on both surfaces of the lithium tantalate crystal is 10% or more and 80% or less. 上記アルミニウム板がエッチングにより表面積を増大させたエッチドアルミニウム板で構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。   The method for producing a lithium tantalate substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the aluminum plate is constituted by an etched aluminum plate whose surface area is increased by etching. 上記不活性ガスがアルゴンガスで構成され、上記加熱炉が給気口と排気口を有すると共に、加熱炉内に連続的に給排されるアルゴンガスの流量が0.5〜5.0L/minであることを特徴とする請求項1に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。   The inert gas is composed of argon gas, the heating furnace has an air supply port and an exhaust port, and the flow rate of the argon gas continuously supplied and discharged into the heating furnace is 0.5 to 5.0 L / min. The method for producing a lithium tantalate substrate according to claim 1, wherein: 上記不活性ガスがアルゴンガスで構成され、上記加熱炉が密閉されていると共に、該加熱炉内のアルゴンガスにより炉内圧力が大気圧雰囲気となっていることを特徴とする請求項1に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the inert gas is formed of argon gas, the heating furnace is sealed, and the pressure in the furnace is set to an atmospheric pressure by the argon gas in the heating furnace. Of producing a lithium tantalate substrate.
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