Lithiumtantalatkristall und seine Anwendung - 05

2.2 Herstellung von Lithiumtantalatkristallen mit nahezu stöchiometrischem Verhältnis

Die Herstellung von nahezu stöchiometrischem Lithiumtantalat  (NSLT) -Kristalle ist schwierig. Die aktuellen Methoden umfassen hauptsächlich :  das Doppeltiegelverfahren, das Flussmittelziehverfahren, das Floatzonenverfahren und das Gasphasenaustauschgleichgewichtsverfahren.

2.2.1 Die Doppeltiegelmethode

Bei der Doppeltiegelmethode  Das Schmelzmaterial muss kontinuierlich nachgefüllt werden  während des Kristallherstellungsprozesses in den Tiegel geleitet, um die Zusammensetzung der Schmelze unverändert zu halten. Der NSLT  Mit dieser Methode hergestellte Kristalle weisen eine einheitliche Zusammensetzung auf, das Verfahren ist jedoch komplex und die Kosten sind hoch. Gleichzeitig führt die Trennung der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche dazu, dass der gewachsene Kristall eine große Anzahl von Wachstumsstreifen aufweist.

2.2.2 Die Flussmittelziehmethode

Bei der Flussmittelziehmethode wurde der Schmelze Flussmittel zugesetzt, um den Kristallschmelzpunkt einzustellen. Das derzeit am häufigsten verwendete Flussmittel ist K ₂ O. Diese Methode ist weniger schwierig durchzuführen , das Problem besteht jedoch darin, dass das Flussmittel leicht in den Kristall eindringt . Wenn das Flussverhältnis zunimmt, verändern sich die Bestandteile der Schmelze mit dem Wachstum des Kristalls weiter, wodurch es schwierig wird, die Gleichmäßigkeit der Inhalte im Kristall sicherzustellen . Jia et al. erfolgreich Magnesium-dotierte Lithiumtantalatkristalle mit einem nahezu stöchiometrischen Verhältnis unter Verwendung von 4 % MgO und 14,5 % K ₂ gezüchtet CO ₃ Nach einem 7-tägigen Wachstumsprozess entstand ein MgO- dotierter SNLT  Es wurde ein Kristall mit einem Durchmesser von ∅50 mm und einer Länge von 45 mm erhalten . Zheng Wei et al. gebraucht _  Methode zur Herstellung von zinkdotiertem SNLT  Kristalle mit einem Durchmesser von ∅15 mm und einer Länge von 10 mm.

2.2.3 Die Schwimmzone  Methode

DerschwebenZone Das Verfahren nutzt Wärmeenergie, um an einem Ende des Halbleiterstabs eine Schmelzzone zu erzeugen, schweißt dann den Impfkristall, passt die Temperatur an, damit sich die Schmelzzone langsam zum anderen Ende des Stabs bewegt, und schließt die Kristallvorbereitung im gesamten Stab ab. Bei Verwendung von thIstMethode zur VorbereitungNSLT Kristalle, der Verflüchtigungsverlust von LiThium muss berücksichtigt werden. Bei der Konfiguration von RohstoffenR(Das)/R(Nb) muss etwas größer als 1 sein.BAAber dazu Methode,Forscher entwickelt das Iridium-HeizungFloat-Zone Methodewas Vorteile hathohe Rohstoffausnutzungsrate, niedrigEnergieverbrauchund produziert LT Kristallmitgleichmäßig verteilt Komponentenund gute interneQualität. Hsu et al. nutzte die HorizontaleschwebenZoneMethode, um undotiert zu wachsen undMgO-dotiertLT Kristalle mit nahezu stöchiometrischen Verhältnissen. ThIst Mit dieser Methode kann auch die Zusammensetzung der Schmelze während des Kristallwachstumsprozesses unverändert bleiben.

2.2.4 Die Methode des Gasphasenaustauschgleichgewichts

Der größte Vorteil der Gasphasenaustausch-Gleichgewichtsmethode besteht darinder Li-Gehalt des Kristallskontrolliert werden kannwährend derKristallWachstumsprozess.Mit dieser Methode kann LT Je nach Bedarf können Proben mit jedem bekannten Li-Gehalt bezogen werden. Allerdings dauert die Verarbeitung der Kristalle bei dieser Methode sehr lange und ist auch nicht einfachnurgeeignet für große Größen. Bei der Herstellung von Dünnschnittproben ist es schwierig, große stöchiometrische Einkristalle zu erhalten.Beim Benutzen ThIst Methode,Xiao et al. testete die elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften desNSLT Wafer und fand das als LiThiumim Kristall erhöht,TDie Leitfähigkeit desLT Der Wafer nimmt zunächst ab, dann zu und dann ab. WannX (Li) = 49,64 % (Molanteil), die maximale Leitfähigkeit beträgt 4,4×10 ^-12Oh^-1cm ^-1. Durch die Analyse der thermischen und mechanischen Eigenschaften vondie SNLT Waffeln mit verschiedenenX(Li), es wurde festgestellt, dass TDie Leitfähigkeit desLT Der Wafer nimmt zunächst zu und dann ab.TDie Wärmeleitfähigkeit erreicht den Maximalwert (4,6 W/(m·K))Wann X (Das) = ​​49.75%. Die StudieAuchfand das wannX(Li)=49,64 %~49,75 %, der Wafer hat bessere elektrische und thermische Eigenschaften. Gleichzeitig,DieDifferentialthermoanalyse und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) wurden verwendet, um die zu testen und zu analysierenNSLT Kristall und die Wirkung vonX (Li) über die Curie-Temperatur und interne Defekte desNSLT Kristall wurde untersucht. DerForscher fand das, als dieX (Li) nimmt zu, die Bindungsenergie entspricht dem Ta ⁺⁴ Elektronenschichtpeak im XPS Das Spektrum nimmt zunächst ab und dann zu, was darauf hinweistTer Anteil von Tamit unterschiedlichenWertigkeitS im Wafervariiert mitX (Das).