CN103952762A - 铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 - Google Patents
铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103952762A CN103952762A CN201410084112.XA CN201410084112A CN103952762A CN 103952762 A CN103952762 A CN 103952762A CN 201410084112 A CN201410084112 A CN 201410084112A CN 103952762 A CN103952762 A CN 103952762A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crystal
- growth
- acid gallium
- melt
- lanthanum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铁、铬、锰或钴与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法,其分子式为La3M0.5Ga5.5(1-x-y)M′5.5xAl5.5yO14(M=Ta、Nb,M′=Fe、Cr、Mn、Co,0<x<1,0<y<1,0<x+y<1);熔体法生长方法为:将La2O3、M2O5、Ga2O3、M′2O3、Al2O3按比例配制并充分混合好后,压制成形,经高温烧结后,用作晶体生长初始原料;把生长初始原料放入坩埚经加热充分熔化后,成为熔体法生长的初始熔体,然后用熔体法如提拉法、坩埚下降法、温梯法及其它熔体法来进行生长,获得具有性价比高、更有利于普及应用的压电单晶,可以广泛应用于通讯、高温压力检测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及压电晶体和晶体生长领域,具体涉及一种铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法。
技术背景
压电晶体是声表面波器件的重要材料,不断发展的压电晶体是促使声表面波器件快速发展的重要因素。以扩频技术为标志的新一代无线***中,声表面波器件由于具有大宽带、优异的通带选择性、极小的带内畸变、实时处理能力的特点而成为新一代各类宽带无线通信***中的信后前端、中频信号处理的不可替代器件。石英、铌酸锂、钽酸锂晶体是较早被用来制作声表面波器件,其中石英的介电、压电系数和机电耦合系数相对较小,但具有良好的温度稳定性,因而适合制备对温度稳定性要求高的声表面波器件;铌酸锂晶体的机电耦合系数大、传播损耗小,是制备宽带低损耗声表面波器件的重要材料;钽酸锂也有大的机电耦合系数,声衰减最小,温度稳定性优于铌酸锂,但早期由于其熔点比铌酸锂高,生长技术复杂,故没有应用在声表面波器件上。但在1977年日本的大尺寸铌酸锂生长成功后,钽酸锂开始用被用于声表面波器件上。
在近年来,人们发展出了新型压电单晶硅酸镓镧(La3Ga5SiO14,下简记为LGS),它具有适中的机电耦合系数、良好的温度稳定性,能够满足声表面波器件对基片材料的基本要求;其声表面波传播速率低,这对实现器件小型化非常有利;其良好的高温稳定性好有望用于高温环境,是许多高端运应用如航天领域的重要压电晶体。这些优点使得人们对LGS非常重视,对其性能、晶体生长做了大量的研究工作。由于LGS中的Ga组分原料很贵,限制了它的普及应用;且在生长中Ga存在挥发,对晶体生长的控制和晶体质量有很大影响,因而,人们对LGS中的Ga替代做了大量工作,以Al替代Ga即La3Ga5-xAlxSiO14,但是Al替代的LGS的最大x值为1.5,且当x=0.9时,生长晶体会出现严重开裂,因而,Al取代Ga所取得的成本降低有限。为了获得比LGS性能更优良的压电晶体,人们发展了相似结构的钽酸镓镧La3Ga5.5Ta0.5O14(LGT)、铌酸镓镧La3Ga5.5Nb0.5O14(LGN),它们是综合性能更为优良的压电晶体。但可以看到,LGT、LGN里的Ga组分比例更高,因 而成本会更高,对其普及应用带来了一定的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁、铬、锰或钴与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法,从而获得性能优良的压电单晶,在通讯、高温压力检测等领域有重要的应用前景。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体,其分子式可表示为La3M0.5Ga5.5(1-x-y)M′5.5xAl5.5yO14,其中,M=Ta、Nb,M′=Fe、Cr、Mn、Co,x、y的取值范围为:0<x<1,0<y<1,0<x+y<1。
本发明铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法,包括以下步骤:
(1)采用La2O3、M2O5、Ga2O3、M′2O3、Al2O3作为原料,按下列化学反应式: 进行配料,将其充分混合均匀,经过压制成圆饼或圆柱形块料后,在900-1300℃下煅烧80-200小时发生固相反应后,获得生长晶体所需的多晶原料;或者混合料压制成圆饼或圆柱形块料后,可不经额外烧结直接用作晶体生长初始原料;
(2)将上述制备的晶体生长初始原料放入生长铂坩埚、铱坩埚、钼坩埚或钨坩埚内,通过感应加热或电阻加热并充分熔化,获得晶体生长熔体;然后采用熔体法晶体生长工艺-提拉法、坩埚下降法、温梯法、热交换法、泡生法、顶部籽晶法或助熔剂晶体生长方法进行生长。
所述的生长气氛可以为空气气氛、氧化气氛、氩气气氛、氮气气氛、CO2气氛或CO气氛。
所述的熔体法晶体生长包括不采用籽晶生长和采用用籽晶定向生长;对于采用籽晶定向生长,籽晶为Fe、Cr、Mn或Co掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧单晶或纯钽酸镓镧、铌酸镓镧单晶、或Fe、Cr、Mn、Co与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧单晶,籽晶方向<100>、<010>或<001>方向。
由于在所述晶体生长中存在Ga挥发,同时存在Fe、Cr、Mn、Co、Al的分凝现象,生长出的晶体组分和配料组分会有差别,但在均在权利1所指明的范围之内; 设Fe、Cr、Mn、Co的有效分凝系数为k,Al的有效分凝系数为k′,则考虑凝效应后,配制M′生长浓度为x、Al浓度为y的单晶的原料应下列化学反应式: 进行配制。
所述的配料中,所用原料La2O3、Ta2O5、Nb2O5、Ga2O3、Cr2O3、Mn2O3、Co2O3、Fe2O3、Al2O3,可采用相应的La、Ta、Nb、Ga、Cr、Mn、Co、Fe、Al的其它化合物代替,原料合成方法包括高温固相反应、液相合成、气相合成方法,但需满足能通过化学反应能最终形成化合物La3M0.5Ga5.5(1-x-y)M′5.5xAl5.5yO14这一条件。
本发明的有益效果:
本发明采用价格相对便宜的Fe、Cr、Mn、Co、Al元素来部分取代Ga,获得La3M0.5Ga5.5(1-x-y)M′5.5xAl5.5yO14(M=Ta、Nb,M′=Fe、Cr、Mn、Co,0<x<1,0<y<1,0<x+y<1),在保持其压电性能、结构的情形下,改善或克服Ga挥发对晶体生长中对质量的影响,获得具有性价比高、更有利于普及应用的压电晶体,可以广泛应用于通讯、高温压力检测等领域。
实施实例
需要设所需制备Cr、Al掺杂浓度为10at%的钽酸镓镧晶体La3Ta0.5Ga4.4Cr0.55Al0.55O14,晶体生长所需的原料为100g,忽略Cr、Al的分凝效应(即视k=1,k′=1),则熔体法晶体生长方法如下:
(1)采用La2O3、Ga2O3、Cr2O3、Ta2O5、Al2O3作为原料,按下列化学反应式: 进行配料;
按此比例共称取45.192g La2O3、10.22g Ta2O5、38.13g Ga2O3、3.868g Cr2O3、2.60g Al2O3充分混合均匀,得到配料混合物;
(2)将混合物压制成圆饼状,在1000℃下煅烧100小时,获得晶体生长初始原料;
(3)把晶体生长初始原料放入生长铱坩埚内,利用JGD60型单晶炉***,通过中频感应加热并充分熔化,获得晶体生长初始熔体;然后采用提拉法晶体生长工艺、以<001>方向的钽酸镓镧单晶为籽晶定向生长,获得<001>方向生长的Cr和Al共掺杂的钽酸镓镧单晶。
Claims (6)
1.一种铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体,其特征在于:其分子式可表示为La3M0.5Ga5.5(1-x-y)M′5.5xAl5.5yO14,其中,M=Ta、Nb,M′=Fe、Cr、Mn、Co,x、y的取值范围为:0<x<1,0<y<1,0<x+y<1。
2.如权利要求1所述的铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)采用La2O3、M2O5、Ga2O3、M′2O3、Al2O3作为原料,按下列化学反应式: 进行配料,将其充分混合均匀,经过压制成圆饼或圆柱形块料后,在900-1300℃下煅烧80-200小时发生固相反应后,获得生长晶体所需的多晶原料;或者混合料压制成圆饼或圆柱形块料后,可不经额外烧结直接用作晶体生长初始原料;
(2)将上述制备的晶体生长初始原料放入生长铂坩埚、铱坩埚、钼坩埚或钨坩埚内,通过感应加热或电阻加热并充分熔化,获得晶体生长熔体;然后采用熔体法晶体生长工艺-提拉法、坩埚下降法、温梯法、热交换法、泡生法、顶部籽晶法或助熔剂晶体生长方法进行生长。
3.根据权利要求2所述的铁、铬、锰或钴与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法,其特征在于,所述的生长气氛可以为空气气氛、氧化气氛、氩气气氛、氮气气氛、CO2气氛或CO气氛。
4.根据权利要求2所述的铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法,其特征在于,所述的熔体法晶体生长包括不采用籽晶生长和采用用籽晶定向生长;对于采用籽晶定向生长,籽晶为Fe、Cr、Mn或Co掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧单晶或纯钽酸镓镧、铌酸镓镧单晶、或Fe、Cr、Mn、Co与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧单晶,籽晶方向<100>、<010>或<001>方向。
5.根据权利要求2所述的铁、铬、锰或钴与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法,其特征在于:由于在所述的晶体生长中存在Ga挥发,同时存在Fe、Cr、Mn、Co、Al的分凝现象,生长出的晶体组分和配料组分会有差别,但在均在权利1所指明的范围之内;设Fe、Cr、Mn、Co的有效分凝系数为k,Al的有效分凝系数为k′,则考虑凝效应后,配制M′生长浓度为x、Al浓度为y的单晶的原 料应下列化学反应式: 进行配制。
6.根据权利要求2所述的铁、铬、锰或钴与铝共掺杂钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体的熔体法生长方法,其特征在于,所述的配料中,所用原料La2O3、Ta2O5、Nb2O5、Ga2O3、Cr2O3、Mn2O3、Co2O3、Fe2O3、Al2O3,可采用相应的La、Ta、Nb、Ga、Cr、Mn、Co、Fe、Al的其它化合物代替,原料合成方法包括高温固相反应、液相合成、气相合成方法,但需满足能通过化学反应能最终形成化合物La3M0.5Ga5.5(1-x-y)M′ 5.5xAl5.5yO14这一条件。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410084112.XA CN103952762A (zh) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | 铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410084112.XA CN103952762A (zh) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | 铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103952762A true CN103952762A (zh) | 2014-07-30 |
Family
ID=51330103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410084112.XA Pending CN103952762A (zh) | 2014-03-07 | 2014-03-07 | 铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103952762A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI637086B (zh) * | 2015-08-19 | 2018-10-01 | 西鐵城精密器件股份有限公司 | 鉭酸鎵鑭系單晶的製造方法及鉭酸鎵鑭系單晶 |
CN113106547A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-13 | 南京工业大学 | 一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6514336B1 (en) * | 2000-10-12 | 2003-02-04 | Utar Scientific, Inc. | Method of growing piezoelectric lanthanide gallium crystals |
JP2006250916A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Ee Ii Syst Kk | Al置換LGS系単結晶を圧電素子とした筒内圧センサ |
CN101050548A (zh) * | 2007-05-10 | 2007-10-10 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 钽酸盐的提拉法晶体生长方法 |
CN101190798A (zh) * | 2006-11-29 | 2008-06-04 | 山东大学 | 铌酸镓镧系列纳米粉体的制备方法 |
CN101445727A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-03 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂铌酸盐、钽酸盐及其混晶发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
CN101671845A (zh) * | 2009-09-30 | 2010-03-17 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | Yb掺杂的钇、钪、钆、镧硅酸盐混晶和硅酸镧晶体及其熔体法生长方法 |
CN103173861A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 上海硅酸盐研究所中试基地 | 用于高温压电器件的掺杂型钽酸镓镧晶体及其制备方法 |
JP2013126941A (ja) * | 2013-01-24 | 2013-06-27 | Shinshu Univ | 融液組成制御一方向凝固結晶成長装置および結晶成長方法 |
-
2014
- 2014-03-07 CN CN201410084112.XA patent/CN103952762A/zh active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6514336B1 (en) * | 2000-10-12 | 2003-02-04 | Utar Scientific, Inc. | Method of growing piezoelectric lanthanide gallium crystals |
JP2006250916A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Ee Ii Syst Kk | Al置換LGS系単結晶を圧電素子とした筒内圧センサ |
CN101190798A (zh) * | 2006-11-29 | 2008-06-04 | 山东大学 | 铌酸镓镧系列纳米粉体的制备方法 |
CN101050548A (zh) * | 2007-05-10 | 2007-10-10 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 钽酸盐的提拉法晶体生长方法 |
CN101445727A (zh) * | 2008-12-30 | 2009-06-03 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 掺杂铌酸盐、钽酸盐及其混晶发光材料及其熔体法晶体生长方法 |
CN101671845A (zh) * | 2009-09-30 | 2010-03-17 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | Yb掺杂的钇、钪、钆、镧硅酸盐混晶和硅酸镧晶体及其熔体法生长方法 |
CN103173861A (zh) * | 2011-12-23 | 2013-06-26 | 上海硅酸盐研究所中试基地 | 用于高温压电器件的掺杂型钽酸镓镧晶体及其制备方法 |
JP2013126941A (ja) * | 2013-01-24 | 2013-06-27 | Shinshu Univ | 融液組成制御一方向凝固結晶成長装置および結晶成長方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
C.F. KLEMENZ,ET AL.: "In-situ Al:Ti-co-doped La3Ga5.5Ta0.5O14 Films for High Q Resonators", 《IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM AND EXPOSITION》 * |
SHUJUN ZHANG,ET AL.: "Growth and characterization of high temperature La3Nb0.5Ga5.3Al0.2O14(LNGA) and La3Ta0.5Ga5.3Al0.2O14(LTGA) piezoelectric single crystals", 《SOLID STATE COMMUNICATIONS》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI637086B (zh) * | 2015-08-19 | 2018-10-01 | 西鐵城精密器件股份有限公司 | 鉭酸鎵鑭系單晶的製造方法及鉭酸鎵鑭系單晶 |
CN113106547A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-07-13 | 南京工业大学 | 一种大尺寸高电阻率钽酸镓镧晶体的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | The compositional segregation, phase structure and properties of Pb (In1/2Nb1/2) O3–Pb (Mg1/3Nb2/3) O3–PbTiO3 single crystal | |
Yi et al. | Flux growth and characterization of lead-free piezoelectric single crystal [Bi0. 5 (Na1− xKx) 0.5] TiO3 | |
CN102071462A (zh) | 钽铌酸铋发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
CN103173861B (zh) | 用于高温压电器件的掺杂型钽酸镓镧晶体及其制备方法 | |
US7947192B2 (en) | Gallate single crystal, process for producing the same, piezoelectric device for high-temperature use and piezoelectric sensor for high-temperature use | |
JP2002293693A (ja) | テルビウム・アルミニウム・ガーネット単結晶及びその製造方法 | |
CN103603047B (zh) | 铬、锰或钴掺杂硅酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 | |
Xu et al. | Structural defects of Pb (Mg1/3Nb2/3) O3–PbTiO3 single crystals grown by a Bridgman method | |
CN101275279B (zh) | 四晶格位结构压电晶体 | |
CN110923816B (zh) | 一种钛酸铋钙光电功能晶体及其生长方法与应用 | |
CN103952762A (zh) | 铁、铬、锰或钴与铝共掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 | |
CN103952761A (zh) | 铁、铬、锰或钴掺杂的钽酸镓镧、铌酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 | |
CN106637405A (zh) | 无限混熔的铁电固溶体单晶铌钪酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅及其制备方法 | |
CN103603046A (zh) | 铁掺杂硅酸镓镧晶体及其熔体法生长方法 | |
JP3994361B2 (ja) | ランガサイト型結晶の作製方法 | |
CN108301046A (zh) | 一种大尺寸掺杂镓镧晶体制备的光学晶体及其生长方法 | |
Uda et al. | Growth of langasite via Bridgman technique along [0001],[21¯ 1¯ 0] and [011¯ 1] for piezoelectric applications | |
Uda et al. | Growth technology of piezoelectric langasite single crystal | |
Jung et al. | Ca3Ga2Ge4O14 (CGG)-type Sr3Nb0. 95Ga3. 083Si2O14 single crystal grown by the Czochralski method for piezoelectric applications | |
CN113957530B (zh) | 一种透明铌酸钾钠晶体及其制备方法与应用 | |
CN103305916A (zh) | 一种Ho掺杂LaVO4发光材料及其熔体法晶体生长方法 | |
CN109183155A (zh) | 一种铽参杂的硅酸镓镧晶体及其提拉法生长方法 | |
Chen et al. | Growth habits and characterization of Sr3NbGa3Si2O14 crystal | |
CN109912306A (zh) | 一种谐振频率温度系数可调的高q值微波介质陶瓷 | |
RU2283905C1 (ru) | Способ получения монокристаллов лантангаллиевого силиката |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Qi Inventor after: Zhang Yonghua Inventor before: Zhang Qingli Inventor before: Zhang Qi Inventor before: Sun Guihua Inventor before: Lv Zhiping Inventor before: Dou Renqin |
|
COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHANG QINGLI ZHANG QI SUN GUIHUA LV ZHIPING DOU RENQIN TO: ZHANG QI ZHANG YONGHUA |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140730 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |