[发明专利]一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法，将La₂O₃、Ga₂O₃、Ta₂O₅、Al₂O₃粉体，按照通式La₃Ta_0.5Ga_5.5‑xAl_xO₁₄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；将钽酸镓镧籽晶与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；最后将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。本发明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。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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(La₃Ga_5.5Ta_0.5O₁₄，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，Hiroaki Takeda等人通过掺杂不同比例的Al元素生长La₃Ta_0.5Ga_5.5-xAl_xO₁₄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Satoshi Uda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坩埚 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年发明高温压电器件的掺杂型钽酸镓镧晶体制备技术(CN 103173861 A)，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年发明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(CN 107923069 A)，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主要采用铱金坩埚 ，铱金的引入对提高电阻率不利；(2)由于铱金坩埚 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。

发明内容

发明目的：本发明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，本发明采取的技术方案如下：