RU2126853C1

RU2126853C1 - Method of thermally treating monocrystals of lanthanum-gallium silicate

Info

Publication number: RU2126853C1
Application number: RU97106629A
Authority: RU
Inventors: О.А. Бузанов; А.М. Дутова
Original assignee: Рафида Девелопментс Инкорпорейтед
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: monocrystals production. SUBSTANCE: invention is designed for application when manufacturing devices utilizing bulk acoustic waves and is distinguished by carrying out heat treatment at temperature within the range of 1300-1673K in argon atmosphere at pressure 1.1-1.8 atm for 20-36 h. EFFECT: enabled preparing monocrystals no less than 2 mm in diameter with weight larger than three and half kg, free of mechanical strains and scattering sites. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам получения материалов, в частности, лантангаллиевого силиката, используемого для изготовления устройств на объемных и поверхностных акустических волнах. The invention relates to methods for producing materials, in particular, lanthanum gallium silicate used for the manufacture of devices on bulk and surface acoustic waves.

Монокристаллы лантангаллиевого силиката /ЛГС/ La₃Ga₅SiO₁₄ являются перспективным материалом для обеспечения радиоэлектронной промышленности. Основным требованием, предъявляемым к монокристаллам ЛГС вследствие их использования в электронной промышленности, являются достаточные размеры монокристаллов (размер слитка ЛГС должен быть не менее 50 мм), при этом кристаллы ЛГС должны быть свободны от кристаллических дефектов, таких как рассеивающие центры, контролируемые в луче He-Ne лазера.Lanthan gallium silicate / LGS / La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ single crystals are a promising material for the electronic industry. The main requirement for LGS single crystals due to their use in the electronics industry is the sufficient size of single crystals (LGS ingot size must be at least 50 mm), while LGS crystals must be free of crystalline defects, such as scattering centers controlled in the He beam -Ne laser.

Известен способ термообработки монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающий выдержку на воздухе пластины ЛГС толщиной 2-3 мм при температуре 1227 К в течение 6 часов (см. M.F. Dubovik et.al. "On some electrophysical parameters of langasite crystals", 1996 IEEE International frequency control symposium, p.84-89). В известном способе термообработке подвергают пластины, вырезанные из кристаллов ЛГС, выращенных методом Чохральского из платинового тигля. A known method of heat treatment of single crystals of lanthanum gallium silicate, including exposure to air of an LGS plate 2-3 mm thick at a temperature of 1227 K for 6 hours (see MF Dubovik et.al. "On some electrophysical parameters of langasite crystals", 1996 IEEE International frequency control symposium, p. 84-89). In the known method, the plates are cut from LGS crystals grown by the Czochralski method from a platinum crucible.

Недостаток известного способа состоит в том, что низкая температура отжига не позволяет исключить механические напряжения в кристаллах ЛГС, особенно большого диаметра. The disadvantage of this method is that the low annealing temperature does not allow to exclude mechanical stresses in LGS crystals, especially of large diameter.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ термообработки монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающий выдержку образцов при повышенной температуре (K. Shimamura et. al. "Growth and characterization of lanthanum gallium silicate La₃Ga₅SiO₁₄ single crystals for piezoelectric applications". J. of Crystal Growth, 1996, v.163, p.388-392). В известном способе термообработке подвергают пластины ЛГС толщиной 1-3 мм, вырезанные из объемных кристаллов, выращенных методом Чохральского из платинового тигля. Выдержку проводят на воздухе при температуре 1673 K в течение 12 часов.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed method is a method of heat treatment of single crystals of lanthanum gallium silicate, including exposure of samples at elevated temperature (K. Shimamura et. Al. "Growth and characterization of lanthanum gallium silicate La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ single crystals for piezoelectric applications ". J. of Crystal Growth, 1996, v. 163, p. 388-392). In the known method, heat treatment is applied to LGS plates 1-3 mm thick, cut from bulk crystals grown by the Czochralski method from a platinum crucible. The exposure is carried out in air at a temperature of 1673 K for 12 hours.

Недостаток известного способа заключается в том, что в кристаллах ЛГС присутствуют рассеивающие центры, видимые в луче He-Ne лазера, при этом ситуация усугубляется тем, что по мере увеличения диаметра слитка количество рассеивающих центров возрастает. The disadvantage of this method is that in the LGS crystals there are scattering centers visible in the He-Ne laser beam, and the situation is aggravated by the fact that the number of scattering centers increases with increasing ingot diameter.

В рамках данной заявки решается задача разработки промышленного способа термообработки ЛГС, позволяющего получать монокристаллы лантангаллиевого силиката диаметром не менее 82 мм (по вписанной окружности на цилиндрической части слитка) и массой больше 3,5 кг, при этом кристаллы должны быть свободны от механических напряжений и рассеивающих центров, контролируемых в He-Ne лазере. Within the framework of this application, the task of developing an industrial method of heat treatment of LGS is solved, which allows one to obtain lantangallium silicate single crystals with a diameter of at least 82 mm (along an inscribed circle on the cylindrical part of the ingot) and weighing more than 3.5 kg, while the crystals should be free of mechanical stress and scattering centers controlled by a He-Ne laser.

Поставленная задача решается тем, что в способе термообработки монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающем выдержку образцов при повышенной температуре, выдержку проводят при температуре из диапазона 1300 - 1673 К в течение 20-36 ч в среде аргона при давлении 1,1-1,8 атм. The problem is solved in that in the method of heat treatment of single crystals of lanthanum gallium silicate, which includes exposure of the samples at elevated temperature, the exposure is carried out at a temperature from the range of 1300-1673 K for 20-36 hours in argon at a pressure of 1.1-1.8 atm.

Авторами был экспериментально установлен оптимальный диапазон изменения величины температуры и времени отжига, величины давления защитной атмосферы аргона. The authors experimentally established the optimal range of changes in the temperature and annealing time, the pressure of the protective atmosphere of argon.

Пример. В данном способе проводят термообработку кристаллов ЛГС, выращенных методом Чохральского. Кристаллы выращивают в иридиевом тигле из шихты, полученной методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), при этом в качестве исходных компонент берут оксид лантана чистотой 99,99%, оксид галлия чистотой 99,99% и галлий металлический чистотой 99,999%. Исходная шихта, полученная методом СВС, соответствует составу La₃Ga₅SiO₁₄. Выращенный кристалл имеет массу 3,65 кг и диаметр по вписанной окружности на цилиндрической части 82 мм. После окончания роста кристалл охлаждают в ростовой камере до комнатной температуры как минимум 24 часа. Затем объемный кристалл выдерживают при температуре 1423 K в течение 22 часов в среде аргона при давлении 1,6 атм. Контроль в луче He-Ne лазера не показал наличия рассеивающих центров. Кроме того, данная термообработка позволила исключить механические напряжения в кристалле ЛГС.Example. In this method, heat treatment of LGS crystals grown by the Czochralski method is carried out. The crystals are grown in an iridium crucible from a mixture obtained by self-propagating high-temperature synthesis (SHS), with lanthanum oxide of 99.99% purity, gallium oxide of 99.99% purity and gallium metal of 99.999% purity as initial components. The initial mixture obtained by the SHS method corresponds to the composition of La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ . The grown crystal has a mass of 3.65 kg and an inscribed circle diameter on the cylindrical part of 82 mm. After growth, the crystal is cooled in the growth chamber to room temperature for at least 24 hours. Then, the bulk crystal is kept at a temperature of 1423 K for 22 hours in argon at a pressure of 1.6 atm. The control in the beam of the He-Ne laser did not show the presence of scattering centers. In addition, this heat treatment made it possible to exclude mechanical stresses in the LGS crystal.

Данный способ термообработки монокристаллов ЛГС приводит к изменению окрашивания образцов. Спектры оптического пропускания кристаллов лангасита приведены на фиг.1. Образцами служили пластины лангасита толщиной 2 мм до и после термообработки (см. кривые 1 и 2, соответственно). This method of heat treatment of LGS single crystals leads to a change in the staining of the samples. The optical transmission spectra of langasite crystals are shown in figure 1. Langasite plates 2 mm thick before and after heat treatment served as samples (see curves 1 and 2, respectively).

Claims

The method of heat treatment of single crystals of lanthanum gallium silicate, including exposure of samples at elevated temperature, characterized in that the exposure is carried out at a temperature from the range of 1300-1673 K for 20-36 hours in argon atmosphere at a pressure of 1.1-1.8 atm.