铌酸锂晶体简介ppt课件

定向切割 抛光
晶体定向切割由定向仪和切割机完成，所有晶体沿着C轴 切割成C面晶体，厚度为2mm.
将切割后的晶体放在抛光机上进行抛光，先用粒径为20 的刚玉抛光粉进行粗抛光，再用粒径5um的刚玉抛光粉进 行细抛光。注意，再抛光前将抛光盘清洗干净防止扎制 对晶体产生划痕。
LiNbO3 晶体的生长
目录
CONTENT
研究背 晶体结
P景ART
ONE
P构ART
TWO
生长设 准备工 生长工
PA备RT
THREE
P作ART
FOUR
P艺ART
FIVE
铌酸锂（LiNbO3）晶体近年来引起
研究背景 了极大的关注度，这是因为它具有优异
的电光效应和非线性光学效应，还具有
PART
其他的优异性能，包括优良的电学、声
将温度下降到引晶的温度，开始以一定的速 率提拉，同时以一定的速率降温，让晶体慢 慢长大 晶体生长到一定尺寸的时候，要升高温度停 止生长，也是按照一定的速率升温，最终温 度接近引晶的温度 收肩后，进入等径生长阶段。采用匀速降 温实现等径生长，降温幅度与生长的晶体 尺寸以及提拉速度有关
。当等径生长到所需的晶体长度后，停止 提拉然后快速把晶体向上提升，使晶体 脱离液面约 5mm
晶体拉脱以后要按照一定的速率降温至室温。
温度梯度
温度梯度是晶体生长的推动 力，包括轴向温度梯度和径 向温度梯度。轴向温梯大， 晶体容易生长，温度容易控 制， 但晶体内应力大，容 易产生裂纹；轴向温梯小， 可以减小内应力，避免开裂， 但晶体外形难以控制，易出 现组分过冷 。一般都是通
过大晶量的体实生验数长据速得出度的。
晶体后处理
晶体的后处理包括极化，定向切割和抛光。晶体极化的是否 完全，定向的是否准确，抛光是否完美在很大的程度上影响 测试的结果。
极化
LiNbO3 晶体是一维铁电体，存在着自发极化，由于自发 同，在晶体中形成一个个的“畴区”，当激光束入射时
发生散射。 所以需要进行人工极化，变为单畴晶体。
晶体后处理
晶体结构
PART TWO
m3
LiNbO3是无色或略带黄
绿色的透明晶体，熔点为
+c
1240±5℃，密度
4.70×103Kg/m3，莫氏硬
度为6。它具有铁电相结构，
属3m点群，顺电相结构属
3m 点群。其结构如图所示
Fra Baidu bibliotekLiNbO3晶体为类钙钛矿结构，
可看作是由氧原子的畸变
a)
b)
六角紧密堆积形成的三种
Li
退火速率
应当尽量降低退火速率，使热 应力完全完放，避免晶体开 裂。。
正常生长液面
平坦的固-液界面是 保证晶体质量， 减少晶体缺陷 的重要条件
凹液面
凸液面
旋转速度慢则界面变 凸(b)），熔体受自然 对流影响，界面热 交换缓慢，晶体易产 生组分过冷或包裹体。
。
晶体旋转速度快则液 面变凹（如图(c)）， 这时固-液界面稳定性 不好，易产生生长条 纹
前期准备工作
晶体生长前期准备工作包括：坩埚的清洗，原料的称量和 晃料
坩埚的清洗
用体 积 1 ： 1 的 HF 酸 和 HNO3 酸 在 加 热的条件下对铂 金坩埚进行清洗
晃料
将精确称取的原 料放入晃料瓶中， 然后放入晃料机 中进行晃料使原 料充分混合，晃
原料的称量
根据实验配比计算 所需原料的质量， 用精度万分之一的 电子天平称取所需 原料，为了获得高 质量的晶体，原料 的 纯 度 均 为 99.99% 。
准备工作
PART FOUR
晶体提拉法 Czochralski
首先将待生长的晶体的原料放在耐高温 的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场， 使熔体上部处于过冷状态； 然后在籽晶 杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表 面，待籽晶表面稍熔后， 提拉并转动籽 晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽 晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长 出圆柱状晶体。
生长设
PART
备 THREE
晶体生长炉
生长晶体所用的坩 埚为铂金坩埚，晶体的 熔点1225℃，铂金的熔 点为1773℃。延展性强 导热导电性能良好，化 学性质极其稳定，不溶 于强酸强碱，不会在空 气中氧化。在高温下的 化学性能稳定。
纯净的铂金呈银白 色，具有金属光泽，铂 金的颜色和光泽使天然 形成的，且历久不变。
ONE
光学性能，较高的表面硬度，能够进行 高质量的表面加工，造价低廉等，因此
它被广泛的应用于全息储存器、压电、
光电、波导和非线性光学设备。
目前对于铌酸锂晶体的研究主要集
中在掺杂改性，铌酸锂本身有光损失阈
值低和光折变效应弱等缺陷，限制了它
更广泛的应用，人们经过研究发现，在
铌酸锂晶体中掺杂一定的元素能够在不
Nb
O Oxygen plane
理想的情况下六角堆积最紧密，形成正八面体。但实 际上，该八面体是畸变的，而且[LiO6]和[NbO6]八面体畸 变的程度不同。顺电相时，Li位于氧三角形平面内，Nb位 于两层氧平面之间，即氧八面体中心，无自发极化。转变 为铁电相后，晶格发生畸变，Li和Nb都有一小段位移，Li 沿着晶体的+c轴移动0.071nm，Nb移动约0.026nm，这样Li 进入两层氧平面之间，而Nb也偏离氧八面体中心，由此晶 格产生畸变。理想的阳离子堆积顺序为…LiNb--Li-Nb-…周期性重复
晶体生长面沿其法线方向(轴 向)在单位时间内增长的厚度， 称为晶体的生长速度， 它包括机械上引速度和液面下 降速度两部 分。选择合适生长速度的另一 个作用是排除生长晶体的过程 中的气泡。
影响因 素
晶体旋转速度
1 转速加快，可使扩散层厚度减薄，提高液面 温度梯度，因此有利于避免组分。过冷和气泡的 2 旋转可搅拌熔体产生强制对流，增加温场的 称性 3晶体的质量也受生长时固液界面平坦程度的 转速是影响固液界面的重要因素。晶体生长过 固液界面可能出现如图3-2所示的三种情况。
生长流程图
生长工 P艺ART
FIVE
室温
冷却
2h
1150℃
750℃
2LiCO3(s) Li2O(s)+CO2(g)
10h
2h
1150℃ 1h 750℃
Li2O(s)+Nb2O5(s) 2LiNbO3(s)
1 原料融化 2 引晶 3 缩颈 4 放肩 5 收肩 6 等径生长 7 拉脱 8 退火
原料放入坩埚，坩埚置于炉中心，籽晶杆调 整对准坩埚中心，升温将原料融化为熔融状 态。 调整炉中温度，使籽晶逐渐接触液面，籽晶 保持不融化不长大的状态，以一定的速度旋 转。 升高一定的温度，使籽晶头部变细。