用于人造石英晶体的ST切型和AT切型定向籽晶体及其制造方法技术

一种促进石英在结晶溶液中快速生长的籽晶体，该籽晶体包括： 按由（ｉ）绕Ｘ轴从＋Ｚ轴向－Ｙ轴约３９°至５５°的旋转角和（ｉｉ）绕Ｘ轴从＋Ｚ轴向－Ｙ轴约２２°至３８°的旋转角组成的组中选出的角度从石英晶棒上切下的晶片。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
定向籽晶体及其制造方法本专利技术一般涉及人造单晶，特别涉及用于人造石英晶体的ST切型和AT切型定向的籽晶体及其制造方法。压电晶片已用作无线电通信装置的频率控制元件数十年了。一般来说分立的压电晶片由较大的单晶压电棒制造，这种单晶棒是在高压釜中人工生长的。生长压电棒的一般方法已为人熟知，一般有在高温和高压下将籽晶暴露于含一定量如氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠等可溶碱性化合物的溶液中的方法。该溶液保持与硅石供应料接触，以使含硅石的溶液变得过饱和。硅石通过溶液或液体从供应料中转移到石英籽晶上，从而生长晶体。另外，人们还成功地利用了其它方法生长晶体，这些方法中，籽晶暴露于其它合适的促使晶体在籽晶上生长的预定化学和物理的环境中，以生产压电晶体材料棒，进而由该压电晶体棒制造分立的晶体元件。本领域的普通技术人员皆了解，石英是一种初次生长沿一个方向延伸的晶体之一，对于石英来说该方向为Z晶轴。充分生长的石英晶体其端点之间一般是由六个面边界限定的长棱柱，这一组六个面称为主面(primaryfaces)，它们在晶体的自然延长方向或Z轴方向延伸。通常，晶体的每个端部终止于三个相交的面，这三个面称为大菱面(major rhombohedralfaces)，它们在晶体端部构成锥形的端帽。另外，大菱面和主面之间还分布有小菱面(minor rhombohedral faces)。它们是面积较小的附加面，对于理解本专利技术来说它们并不重要。在石英棒上各个面的生长速率极为不同。通常，人工生长棒时，Z方向生长最快，然后是X方向，再就是小菱面、大菱面，最后是主面。该生长速率的差异成为石英晶体棒生长应首先考虑的问题。现有技术的方法由垂直于Z轴或平行于小菱面的籽晶生长晶棒，期望较快的生长可获得较廉价产品。然而，这其中未考虑到如废料和工厂的生产能力等其它有关因素。关于普通晶片的角度，如用于体声波器件的AT切型晶片和用于表面声波器件的ST切型晶片，应着重注意的是处理时的废料量。制造石英棒的一个重要目标是从工厂获得最大产量。这可以通过增加产量和增大现有生产能力的利用率来实现。解决该问题的一个方法是尽可能快地生长晶体棒。然而，这就无法考虑废料和生产能力的问题。另一方法是增大所生产晶片的尺寸，从而增加每根晶棒能用于器件的量。然而，这会导致高压釜较长时期地运行，更废料，而且需要在高压釜有更大的生长空间。再一方法是增加工厂中高压釜的数量，但这会导致严重的成本问题。对于生产ST切型和AT切型石英晶体有一种要求，即在现有条件下通过更有效地利用材料和设备并减少废料更快地生产晶棒。关于此，还要求提供有效地再生用于连续处理的籽晶体且不降低生产能力的技术。另外，希望由单晶提供尽可能大的晶片，这些晶片中不能含浪费的中间籽晶部分。附图说明图1是理想的天然左旋石英单晶的透视图；图2a是根据本专利技术的ST切型晶体定向籽晶体和随后由该籽晶体生产的石英晶棒的剖面图；图2b和2c分别是根据本专利技术的ST切型籽晶体和随后由之生产的石英晶棒的顶视图；图3a是根据本专利技术的AT切型晶体定向籽晶体和随后由该籽晶体生产的石英晶棒的剖面图；图3b和3c分别是根据本专利技术的AT切型籽晶体和随后由之生产的石英晶棒的顶视图；图4a、4b、和4c分别是根据本专利技术按纯Z型、ST切型和R面型构形生长的石英晶棒，每个晶棒皆示出了由之生产的数片晶片的位置。图5是根据本专利技术由ST切型和AT切型籽晶体生产石英晶棒的方法的框图。本专利技术对生产ST切型和AT切型石英晶片的方法做了极大的改进，能够在不存在废料的中间籽晶部分的条件下生产大晶片。所用技术产生了令人吃惊和预料不到的效果，即，使可用于压电元件的石英材料的产量获得了极大地提高，有关一个石英晶体生产周期所需时间及生长这种晶体的高压釜生产能力的利用率也有了极大进展。而且，由于每根所生产的晶棒皆可以回收高达三根用于随后生产中的可用籽晶体，所以本专利技术不再需要生产用于制造新籽晶体的单独晶棒。当由Z向生长的晶体(由Y棒型籽晶体)或由小菱面晶体(r面型籽晶体)制造如ST切型和AT切型等定向晶片时，尽管晶棒生长较快，但由于这些种类的晶体占据高压釜的空间较大，且只能生产少量可用晶片，所以致使生产较废料且产量较低。用这种晶体的另一局限是由r面和Y棒型籽晶体生长的晶体上大菱面的生长速率很快。这使得晶体两端部形成锥形，减小了总的晶体生长速率。另外，锥形导致了晶棒的很大部分不能用于制造令人满意尺寸的晶片。按本专利技术，极大提高了高压釜运转生产石英晶片的产量，不仅在晶棒的废料量方面，而且在晶体生长时间和生长这种晶体的可利用高压釜的空间方面有极大的改进。根据本专利技术，利用其大面积与主面和大菱面所成的一定角度倾斜的大面积籽晶体，很大程度上避免了由主面和大菱面造成的生长局限。籽晶体的宽度最好选为使在籽晶体任何边缘方向生长的整个晶体远小于最初籽晶面积，以便控制锥体。参见图1，该图示出了已众所周知的理想天然左旋石英晶体10。这种晶体10在Z晶轴方向延伸。晶体10是由其结晶学上密勒指数为{1010}的六个主面12包围其中心的边界限定的。这些主面12平行于Z晶轴延伸，该轴是石英自然延伸的方向，有时称作光轴。每个主面12与一对邻近的主面12相交，每个倾斜60°。在石英晶体10的每一端，Z晶轴方向上有三个相交的大菱面14，其结晶学上密勒指数为{0111}。密勒指数为{1011}的小菱面16位于大菱面14和主面12之间。图1示出了某些附加面，它们被称作三方双锥和三方偏方面体(trigonal bipyramid and trigonaltrapezohedron)，这些面有时在天然石英晶体10中出现，但它们对理解本专利技术并不重要。如图2a所示，根据本专利技术，石英晶棒绕X轴20从+Z轴22向-Y轴24的旋转角约39°至50°倾斜(如图1中所示)可获得用于制造表面声波(SAW)器件的籽晶体18。这对于左旋和右旋石英皆适用。在优选实施例中，籽晶体18旋转约42.75°，确定ST切型晶片，如图2b所示，晶片的长度28基本上沿Z′初始轴26延伸，宽度30基本上沿X晶轴20延伸。更具体地，选定沿X轴20的宽度30使之等于或大于所要求的最终晶片直径。如图2a和2b，籽晶体延伸，并具有足够的预定长度28、宽度30和厚度以促进石英晶体棒的生长，同时提供耐恶劣生长环境的合适的完整性。在优选实施例中，籽晶体18的厚度小于较小的籽晶体长度28和宽度30的约三分之二。具体地，籽晶体18的厚度约为0.1至6毫米。图2a是由图2b的籽晶体18生长的ST切型石英晶棒32的剖面图。图2c是由示于图2b的籽晶体18随后生长的石英晶棒32的顶视图，该石英晶棒主面为34、大菱面为36、小菱面为38，它们分别相应于图1中天然石英棒10的主面12、大菱面14、小菱面16。如图3a所示，根据本专利技术，石英晶棒绕X轴20从+Z轴22向-Y轴24的旋转角约22°至38°倾斜(如图1中所示)可获得用于制造体声波(BAW)器件的籽晶体40。这对于左旋和右旋石英皆适用。在优选实施例中，籽晶体40旋转约35.25°，确定AT切型晶片，如图3b所示，晶片的长度44基本上沿Z′初始轴42延伸，宽度46基本上沿X晶轴20延伸。更具体地，选定沿X轴20的宽度46使之等于或大于所要求的最终本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫F·巴拉西奥，蒂恩T·努因，戴维J·韦利，西奥多E·林德，
申请(专利权)人：CTS公司，
类型：发明
国别省市：