[发明专利]铌酸锂晶体及其制备方法

说明书

本申请属于光电材料技术领域，尤其涉及一种铌酸锂晶体及其制备方法。其中，铌酸锂晶体的制备方法，包括步骤：计算铌酸锂晶体生长的温度场结构；计算铌酸锂晶体的生长参数；将锂源和铌源进行混合干燥处理，得到混合原料；在空气氛围中，对混合原料进行烧结处理，得到铌酸锂多晶料块；在计算的温度场结构中，将铌酸锂多晶料块融化后，在籽晶的引导下，依据计算的生长参数，采用提拉法进行晶体生长后，得到铌酸锂晶体。本申请铌酸锂晶体的制备方法，通过模拟、推演和计算方法分别计算铌酸锂晶体的温度场结构和生长参数，然后在计算的温度场结构中，依据计算的晶体生长参数，采用提拉法进行晶体生长，显著提高铌酸锂晶体的生长效率。

技术领域

本申请属于光电材料技术领域，尤其涉及一种铌酸锂晶体及其制备方法。

背景技术

5G正在阔步前行，将以全新的网络架构，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。其中，射频前端是移动通信的核心，而滤波器可以将带外干扰和噪声滤除，以满足射频系统和通讯协议对于信噪比的需求，其作用至关重要。由于滤波器易受温度变化的影响，为改善SAW的温度特性，在表层增加温度补偿薄膜，这种有温度补偿的SAW滤波器称为TC-SAW滤波器(Temperature compensated SAW)。高性能声表面波滤波器要求有大的带宽、高频、低的插入损耗、中心频率的温度系数小等特点。在众多基片材料中铌酸锂(LN)晶体材料由于具有大的机电耦合系数、大的压电常数、高的声速等优点，成为各频段电信号选择的首选压电材料，是构成TC-SAW滤波器不可或缺的关键材料。同时声表滤波器件又向小型化、批量化、低成本方向发展，要求铌酸锂晶体材料向大尺寸方向发展。铌酸锂(LiNbO₃)晶体有优良的光电、双折射、非线性光学、声光、光弹、光折变、压电、热释电、铁电与光生伏打效应等物理特性；其机械性能稳定、耐高温、抗腐蚀、易于加工、成本低廉，在实施参杂后能呈现出各种各样的特殊性质。因此，铌酸锂晶体被誉为“光学硅”。

国内现有铌酸锂/钽酸锂产品以四英寸为主，六英寸为补充。目前，铌酸锂晶体主要是利用Cz技术(Czochralski，切克劳斯基法，提拉法)在空气中直接生长获得，其中大部分生长步骤都是基于铂坩埚的高频加热技术，面临生长界面温场调控困难、晶体热应力增大等技术难题，使得晶体易开裂，成品率下降。另外，生长速度慢使得晶体生长周期增加，能耗增加，产能不足且成本高，难以满足国内市场需求。

发明内容

本申请的目的在于提供一种铌酸锂晶体及其制备方法，旨在一定程度上解决现有大尺寸的铌酸锂晶体制备工艺效率低，能耗高，成品率低的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种铌酸锂晶体的制备方法，包括以下步骤：

计算铌酸锂晶体生长的温度场结构；

计算铌酸锂晶体的生长参数；

将锂源和铌源进行混合干燥处理，得到混合原料；

在空气氛围中，对所述混合原料进行烧结处理，得到铌酸锂多晶料块；

在计算的所述温度场结构中，将所述铌酸锂多晶料块融化后，在籽晶的引导下，依据计算的所述生长参数，采用提拉法进行晶体生长后，得到铌酸锂晶体。

进一步地，所述计算铌酸锂晶体生长的温度场结构的步骤包括：

计算铌酸锂晶体生长过程中晶体生长空间内的温度梯度值；

根据所述温度梯度值、保温材料的热导率以及保温材料的外形结构，计算所述铌酸锂晶体生长的温度场结构。

进一步地，所述计算铌酸锂晶体生长过程中晶体生长空间内的温度梯度值的步骤包括：

假定铌酸锂单晶生长温场为稳态温度场，具有圆柱对称性，根据热传输方程，则温度表达式如式(III)：