专利名称：一种用于提拉法生长lgs晶体的原料合成方法
技术领域：
本发明涉及一种用于提拉法生长Langasite晶体的原料合成方法。
背景技术：
Langasite是一种新兴压电材料，可以应用在表面声波(surface acousticwave, SAW)及体声波(bulk acoustic wave,BAff)等组件上。将LGS晶体与现今最普遍使用的石英晶体相互比较，具有以下的优点(1)具有较佳的频率稳定性；(2)较石英高出3倍的机电耦合系数，并与钽酸锂(LiTO3)晶体接近的高机电耦合系数(K = 0. 0. 50% )；(3)更低的等效电阻值；(4)比石英更宽的透过波段；(5)石英相近的硬度值；(6)化学稳定性好；(7)具有更佳的温度稳定性。以上这些特点使LGS晶体在SAW与BAW组件的应用上，成为制作高温度稳定性、高频带、低损耗、小体积化震荡器、延迟线、滤波器等组件的理想材料。1980年，俄罗斯成功生长出第一颗LGS单晶。1982年前苏联科学家A. A. Kaminsky 等首先以提拉法生长出掺杂镧(La)系元素Nd的I^3Ga5SiO14单晶并研究了 Nd:LGS的光电性能。1984年Andree发现LGS晶体切片具有零温度系数特性，而且将它运用在压电滤波器上。1986年以来LGS晶体已经被使用在表面声波及本体声波组件的应用。1990年代开始，世界各地如日本、韩国等国家的研究人员将LGS单晶作为一种新型的材料加以研究与探讨。2002年中国的J. Wang等人成功地量测出Langasite晶体的电光系数并制造出第一个 EO Q-switch。LGS属三斜晶系，点群为32，空间群为P321。具有Langasite结构的单晶化学式可表示为A3BC3D2O14,具有4种阳离子格位，都可被一些元素所取代，得到100多种Langasite 系列材料，其 Φ LGS, Sr3Ga2Ge4O14(SGG), La3Ga55Nb05O14(LGN), La3Ga55Nb05O14(LGT), Ca3NbGa3Si2O14 (CNGS)、Ca3TaGa3Si2O14 (CTGS)、Sr3NbGa3Si2O14(SNGS)和 Sr3TaGa3Si2O14(STGS) 等具有很大的压电常数，都可成为SAW和BAW滤波器的潜在衬底材料。国外对于LGS单晶的研究起步较早，已有批量化产品。但国内对LGS晶体研究甚少，采用本专利方法合成原料，利用提拉法生长的LGS晶体具有大尺寸(直径大于30mm，长度可达IOOmm以上)、无开裂和无散射的特点。
发明内容
本发明的目的是解决提拉法生长的Langasite晶体存在易开裂、有条纹、晶体发黑等问题，提供一种适用于提拉法生长Langasite以及Langasite系列晶体的原料合成方法。在晶体生长时La2O3扮演着重要的角色，配原料时La2O3过量时，将直接导致晶体在放肩时产生多晶，当晶体直径增加到一定程度时，多晶往往会导致晶体产生裂痕。不同纯度的原料会直接影响到LGS单晶晶体生长品质，配料时La2O3影响远大于Ga2O3和SiO2,所以要生长出良好的大尺寸LGS单晶主要取决于Lii2O3的纯度。而对于Gii2O3，以4N的纯度生长出来的 LGS单晶会有较多的杂质产生，5N及6N生长出来的LGS单晶晶体便没有明显的差异，又因为Gii2O3的价格比较昂贵，所以在配料上我们采用5N为主。4N的Lii2O3已足够生长出品质良好的LGS单晶，故采用4N的La203。La2O3和Ga2O3的原子量合计占据了化合物分子式的 97%比重，并且SW2的价格便宜，故采用6N的Si02。对于Langasite原料的合成，具体包括如下步骤(1)原料称重按照比例 La2O3 = (30士0. 2)mol %、Gei2O3 = (50. 5士0. 2)mol %、 SiO2 = (19. 5士0. 2)mol% (Ga和Si对应的比例为Ga/Si = 5. 10 5. 25)称取三种粉末， 并混合均勻；(2)原料混合并压块把混合好的粉末压成直径50 70mm、厚度为10 30mm的料饼；(3)料饼干燥将料饼在120 150°C下恒温2 4h，主要目的是去除原料中的水分；(4)料饼脱脂将料饼在300 450°C下恒温4 他，主要目的是去除原料中的有机物质(脱脂)；(5)料饼烧结将料饼在1400 1500°C下恒温5 IOh进行料饼的烧结。采用上述方法得到的LGS料饼装入铱坩埚，并放入提拉炉，原料熔化后装入籽晶杆，采用引上法提拉单晶，经过一定时间的退火工艺，获得的Langasite单晶体无开裂、无黑点、无散射、无生长条纹，且该晶体经过后续加工得到的成品率高。
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中图1所示为获得的Langasite单晶体方法的示意图
具体实施方案实施例1 将99. 99 % 的 Lei203、99. 999 % 的 GEI2O3 禾Π 99. 9999 % 的按照摩尔比 30.1 50.4 19. 5的比例称量IKG Langasite原料，并进行充分的混合。将上述混合粉末压成直径为60mm、厚度为15mm的料饼，随后将料饼放入马弗炉中进行热处理，设置程序如下在120°C下恒温2h进行除水、400°C下恒温4h进行脱脂和1400 1500°C下恒温 IOh进行烧结等工序。将一定数量的料饼装入铱金坩埚，经过两次化料后开始提拉法生长 Langasite 。实施例2 将99. 99 % 的 Lei203、99. 999 % 的 GEI2O3 禾Π 99. 9999 % 的按照摩尔比 30 50.4 19. 6的比例称量IKG Langasite原料，并进行充分的混合。将上述混合粉末压成直径为50mm、厚度为30mm的料饼，随后将料饼放入马弗炉中进行热处理，设置程序如下在120°C下恒温2h进行除水、400°C下恒温4h进行脱脂和1400 1500°C下恒温IOh进行烧结等工序。将一定数量的料饼装入铱金坩埚，经过两次化料后开始提拉法生长Langasite
权利要求
1.Langasite原料的制备方法，包括以下步骤(a)原料称重按照一定比例称取1^203、 Ga2O3和SiO2原料粉末；(b)原料混合并压块；(c)料饼干燥；(d)料饼脱脂；(e)料饼烧结。
2.根据权利要求1所述的Langasite原料的制备方法，其特征在于1^203、6 03和SW2 的粉末原料纯度大于4N。
3.根据权利要求1所述的Langasite原料的制备方法，其特征在于1^203、6 03和SW2 的粉末原料纯度最好为4N、5N和6N。
4.根据权利要求1所述的Langasite原料的制备方法，其特征在于将原料粉末压制成直径为50 70mm、厚度为10 30mm的料饼。
5.根据权利要求书4所述的料饼直径最好为50 60mm、厚度为20 30mm。
6.根据权利要求1所述的Langasite原料的制备方法，其特征在于L 03、Ga2O3和 SiO2 粉末原料的摩尔比为 La2O3 = (30士0. 2)mol%, Ga2O3 = (50. 5士0. 2)mol%, SiO2 = (19. 5士0. 2)mol%0
7.根据权利要求6所述的原料比例，Ga和Si的比例为Ga/Si= 5. 10 5. 25。
8.根据权利要求书1所述的Langasite原料的制备方法，其特征在于将料饼进行热处理，处理工序为干燥、脱脂和烧结。
9.根据权利要求8所述的干燥工序，其特征在于将料饼在120 150°C下恒温2 4h， 主要目的是去除原料中的水分。
10.根据权利要求8所述的脱脂工序，其特征在于将料饼在300 450°C下恒温4 6h，主要目的是去除原料中的有机物质(脱脂)
11.根据权利要求8所述的烧结工序，其特征在于将料饼在1400 1500°C下恒温5 10h。
全文摘要
本发明涉及一种用于提拉法生长La3Ga5SiO14(LGS，Langasite)晶体的原料合成方法。包括以下步骤(a)原料称重按照一定比例称取4N纯度以上的La2O3、Ga2O3和SiO2原料粉末；(b)原料混合并压块；(c)料饼干燥；(d)料饼脱脂；(e)料饼烧结。采用本发明获得的LGS原料可用于提拉法生长LGS单晶，得到的晶体质量好，无明显的开裂、散射、条纹和黑点，且LGS晶体加工成品率高。
文档编号C30B15/00GK102260910SQ20111005570
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月9日 优先权日2011年3月9日
发明者柳祝平, 黄小卫 申请人:元亮科技有限公司