一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，将La

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法
本专利技术属于钽酸镓镧晶体制备领域，具体是一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法。
技术介绍
在高温传感器的应用中，材料在高温下的电阻率高低能直接影响到压电效应产生的表面电荷的迁移，所以就要求材料必须具有较高的高温电阻率。钽酸镓镧(La3Ga5.5Ta0.5O14，LGT)晶体作为一种压电晶体材料，不仅有较高的压电系数和机电耦合系数，而且具有较高的高温电阻率。近年来，国内外的科学家主要是通过掺杂、调控生长气氛和后期退火工艺来提高LGT晶体的高温电阻率。2006年，HiroakiTakeda等人通过掺杂不同比例的Al元素生长La3Ta0.5Ga5.5-xAlxO14晶体，发现当x＝0.5时，生长的LTGA晶体与LTG热学性能相近，同时也能有效提高电阻率。日本的SatoshiUda团队对LGT晶体的电阻率研究最为全面，2008年，该团队通过比较浮区法和提拉法生长的LGT晶体，在研究LGT导电机制的同时，指出了提拉法中的Ir坩锅引入Ir元素会影响生长高电阻率的LGT晶体。同样的，该团队在2010报道了不同O2分压气氛生长对LGT电阻率的影响，当O2分压达到0.005atm时，生长的LGT具有最高的高温电阻率。2011年，该团队比较了LGT在空气中高温退火的电阻率，在退火温度达到1400℃时退火后的LGT具有最高的电阻率。此外，国内上海硅酸盐研究所的郑燕青研究员等人在2011年专利技术高温压电器件的掺杂型钽酸镓镧晶体制备技术(CN103173861A)，通过掺杂Ba，Mo和Al等元素以及后期退火的方式，获得了新型可以成功应用于500℃以上的高温加速度传感器的掺杂型LGT晶体。西铁城精密器件株式会社的高桥郁生等人在2016年专利技术一种高绝缘电阻率且高强度的钽酸镓镧系单晶的制造技术(CN107923069A)，通过调整生长工艺，能获得可应用在汽车内燃机内的LTGA晶体。同时针对以上的研究进展，LGT晶体主流的生长方法都是采用提拉法，但提拉法生长LGT存在一些问题。(1)提拉法生长LGT主要采用铱金坩锅，铱金的引入对提高电阻率不利；(2)由于铱金坩锅容易氧化，通常采用高浓度的惰性气体为生长气氛，会导致Ga2O3大量挥发引起组分偏析严重；(3)提拉法生长需要水冷降温，且一次只能生长一块晶体，相对而言成本较高，效率较低。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对目前钽酸镓镧晶体在高温下电阻率偏低，不能满足于高温传感器应用要求的问题，提供一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，包括如下步骤：(1)生长前准备：将La2O3、Ga2O3、Ta2O5、Al2O3粉体，按照通式La3Ta0.5Ga5.5-xAlxO14中的摩尔比进行配料，其中，0≤x≤1.0；经过混料，压料和烧结制得到多晶原料；(2)晶体生长：将钽酸镓镧籽晶与步骤(1)得到的多晶原料放入坩锅中密封，再将坩锅放入下降炉设备中，升温熔化籽晶顶部和原料，通过下降法生长钽酸镓镧晶体；(3)后处理：将步骤(2)生长的钽酸镓镧晶体通过定向、切割、研磨、抛光得到晶片；将晶片放入气氛炉中进行退火处理，即得。具体地，步骤(1)中，考虑到Ga2O3具有挥发性，Ga2O3粉体在按照通式计算摩尔比后，过量称取0.5wt％～2wt％。步骤(1)中，所述的La2O3、Ga2O3、Ta2O5、Al2O3的纯度均高于4N。步骤(1)中，所述的混料在混料机中进行，控制转速为30～50rpm，混料时间为20～30小时；所述的压料采用液压机，控制压力为100～150kN；所述的烧结为在1200～1300℃下烧结20～30小时。步骤(2)中，所述的坩锅选用铂金坩锅，生长气氛为空气。步骤(2)中，所述下降炉设备的炉内温度控制在1480～1550℃，坩锅下降速度为0.3～0.8mm/h；生长结束后以10～30℃/h的速率降温至室温，取出钽酸镓镧晶体。现有技术中，钽酸镓镧主流生长方法是提拉法，用的是铱金坩埚，由于铱金容易氧化，就需要在无氧气氛中生长，会带来大量Ga2O3的大量挥发。采用下降法生长钽酸镓镧的优势在于，通过铂金坩埚，可以在空气中生长，减少Ga2O3的挥发。同时使用铂金坩锅能够避免铱金坩锅中铱元素的引入抑制电阻率。步骤(2)中，所述钽酸镓镧籽晶的方向为沿X、Y或Z生长方向；生长得到的钽酸镓镧晶体直径为1～4英寸。步骤(3)中，所述的退火处理工艺为：将晶片放入气氛炉中，通入退火气氛，以5～10℃/min升温至800～1300℃，保温20～40h，结束后以20～50℃/h的降温速率降至室温取出。步骤(3)中，所述的退火气氛为惰性气氛、空气或真空，优选惰性气氛作为退火气氛时，气体流速控制为50～100sccm。优选地，所述的退火气氛为纯Ar或纯N2。有益效果：本专利技术采用下降法生长钽酸镓镧晶体，有效避免了提拉法生长大量Ga2O3挥发带来的组分偏析，包裹体等问题。采用铂金坩锅生长有效避免了铱金坩锅导致的铱掺杂对晶体电阻率的抑制作用，生长的晶体具有较高的电阻率。同时通过后期优化气氛，选用高温退火的方式对钽酸镓镧晶体进行后期退火处理，来调控晶体内部缺陷浓度，进一步提高了电阻率。本专利技术生长的掺Al型钽酸镓镧(LTGA)晶体退火前在500℃时晶片电阻率值为3.52*108Ω·cm，在600℃时晶片电阻率值为7.66*107Ω·cm；退火后，500℃时晶片电阻率值提高至5.64*109Ω·cm，在600℃时晶片电阻率值提高至1.57*109Ω·cm。经过本专利技术实施，钽酸镓镧晶体电阻率有了较大幅度提升，同时本专利技术方法操作简单，成本较低，有利于生长大批量晶体和后期处理。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是实施例3中LGTA晶片退火前后电阻率与温度的关系曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1(1)原料为4N的高纯La2O3、Ga2O3、Ta2O5粉体，分别按照摩尔比6:11:1称料，其中Ga2O3过量0.5％。放入混料机以30rpm的转速混合20h，取出后用液压机以120kN的压力压成圆柱状，放入烧结炉，1200℃烧结25h，得到多晶料块。(2)在Φ55×180mm的铂金坩锅底部放入Φ55×50mm的X向籽晶，将多晶料装填入铂金坩锅，铂金坩锅厚度为0.3mm。将坩锅放入下降炉内，温度升至1510℃，保温6小时，籽晶顶部和多晶料熔化。以0.7mm/h的下降速率开始下降，生长结束后停止下降，以30℃/h的降温速率降至室温后取出，获得X向2英寸LGT晶体。(3)将LGT晶体去除头尾，再通过定向、滚圆、切割、抛光等工艺将LGT晶体制备成2英寸X向LG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)生长前准备：/n将La

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)生长前准备：
将La2O3、Ga2O3、Ta2O5、Al2O3粉体，按照通式La3Ta0.5Ga5.5-xAlxO14中的摩尔比进行配料，其中，0≤x≤1.0；经过混料，压料和烧结制得到多晶原料；
(2)晶体生长：
将钽酸镓镧籽晶与步骤(1)得到的多晶原料放入坩锅中密封，再将坩锅放入下降炉设备中，升温熔化籽晶顶部和原料，通过下降法生长钽酸镓镧晶体；
(3)后处理：
将步骤(2)生长的钽酸镓镧晶体通过定向、切割、研磨、抛光得到晶片；将晶片放入气氛炉中进行退火处理，即得。


2.根据权利要求1所述的大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，Ga2O3粉体按照通式计算摩尔比后过量称取0.5wt％～2wt％。


3.根据权利要求1所述的大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的La2O3、Ga2O3、Ta2O5、Al2O3的纯度均高于4N。


4.根据权利要求1所述的大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的混料在混料机中进行，控制转速为30～50rpm，混料时间为20～30小时；所述的压料采用液压机，控制压力为100～150kN；所述的烧结为在1200～1300℃下烧结20～...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈丽明，王帅，暴宁钟，燕克兰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32