專利名稱：鉭酸鋰單晶晶軸極性快速確定法的制作方法
鉭酸鋰(LiTaO3簡寫LT)晶體作為彩電中頻濾波器的基底材料，在電視工業(yè)中已獲大量應(yīng)用。彩電聲表面波濾波器的芯片是LT晶體x切旋轉(zhuǎn)Y112°切型的薄片，加工這種芯片首先必須確定晶軸方向和極性，其中，+Z方向已由極化時(shí)電場方向所決定，故關(guān)鍵在于+Y方向的確定。
確定+Y方向的傳統(tǒng)方法是腐蝕法〔1〕。先要加工出晶體的Z面，然后置于HF+2HNO3腐蝕液中煮沸，用金相顯微鏡觀察Z面上的三角形蝕丘，由三角形中心指向蝕丘頂角的方向便是+Y方向。此方法操作復(fù)雜，條件苛刻，控制稍有偏差就可能不出蝕丘;另外，顯微鏡下蝕丘與蝕坑有時(shí)易發(fā)生混淆，造成定向錯(cuò)誤。
還有一種嘗試法在某些廠家被試用，該法先任意假定Y軸的某一方向?yàn)?Y，以此為標(biāo)準(zhǔn)加工成器件，測其性能，若器件無聲表面波信號(hào)，證明方向定反了，然后再以同塊晶體Y軸的另一方向?yàn)?Y切片加工。這種方法仍然要造成人力、材料和工時(shí)的浪費(fèi)。
為了滿足批量生產(chǎn)鉭酸鋰濾波器的需要，彌補(bǔ)已有技術(shù)之不足，本發(fā)明將理論研究與生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種簡便易行的快速定向方法。
根據(jù)多年生長LT單晶的實(shí)踐以及對(duì)其生長形態(tài)、生長機(jī)制和生長分布規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)LT晶體的平衡外形是菱面體，其六個(gè)面均與Z軸成大約33°角，與x軸和Y軸也有固定的位置關(guān)系。LT單晶提拉法生長時(shí)，其晶體表面生長棱是晶體沿菱面體晶面層向生長的反映，每條生長棱分別對(duì)應(yīng)菱面體的一個(gè)晶面，因此，生長棱與晶軸之間也有一定的位置關(guān)系。常溫下的LT晶體屬無對(duì)稱中心的C3v-3m點(diǎn)群，呈鐵電相。與順電相結(jié)構(gòu)相比，L+i和T5+a相對(duì)于O2-發(fā)生一定位移。實(shí)驗(yàn)表明該位移在Z軸和Y軸上有分量。y軸極性隨Z軸極性的改變而改變，但二者之間有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
將沿Z軸生長的晶體極化，極化電場平行于Z軸，Z的極性由所接電極確定，接負(fù)電極的為正疇端(+Z)，接正電極的為負(fù)疇端(-Z)。先用傳統(tǒng)的腐蝕法確定+Y后，就可以完全確定+x、+Y和+Z與晶體表面生長棱的位置關(guān)系。利用這一關(guān)系，人們可由生長棱方位和極化電場方向來確定Z軸晶體的晶軸極性，而不必再用復(fù)雜的腐蝕法?；谕瑯拥览恚瑢⑦@種關(guān)系應(yīng)用到沿x軸提拉生長的LT晶體上，也能夠同樣迅速地確定晶軸極性。
根據(jù)以上的理論研究和大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們將這種晶體表面生長棱與晶軸極性的位置關(guān)系，歸納為一套關(guān)系圖。利用該圖，可由已知的生長棱方位與極化電場方向準(zhǔn)確無誤地迅速得出所要判斷的晶軸極性。
沿Z軸提拉生長的LT晶體橫截面為一圓面，晶體頂端肩面生長棱分布有一定規(guī)律，在橫截面上的投影示于

圖1;三條主棱A彼此夾角為120°，向外延續(xù)到晶體等徑部分，并在其上形成三條凸棱C。三條副棱B與主棱以60°相間，但在晶體轉(zhuǎn)等徑后會(huì)消失。在Z軸LT晶體上加電場極化，會(huì)有兩種情況，或電場負(fù)極加在肩面上，或電場正極加在肩面上，前者肩面為正疇端，+Y方向與主棱A在Z面上投影方向相反，圖2(a);后一種情況肩面為負(fù)疇端，+Y方向與主棱A在Z面上投影方向相同，圖2(b)。+x方向可據(jù)+Y、+Z方向由右手定則確定。
沿x軸提拉生長的LT晶體橫截面是一橢圓，其長軸為晶體Z軸，晶體肩面生長棱分布又分兩種情況，在橫截面上的投影示于圖3(a)(b)。兩條主棱A′夾角180°，延續(xù)到晶體等徑部分而形成凸棱C′;在同一直線上的兩條副棱B′以85°夾角與主棱A′相間。副棱延續(xù)到晶體等徑部分而形成平行于x軸的小窄平面D′;A′與橢圓長軸即正軸夾角38°。圖3(a)和圖3(b)的不同之處在于，前者的主棱A′在長軸的左上和右下，而后者的主棱A′在長軸的右上和左下。極化時(shí)沿長軸即Z軸方向加電場，因?yàn)樾与妶龇较蛴钟袃煞N可能，所以x軸晶體極軸方向關(guān)系共有四種情況，圖4。它們的共同特點(diǎn)是，在投影圖中+Y和+Z之間總夾著一條副棱。在極化電場方向已知時(shí)，可根據(jù)這一特點(diǎn)和關(guān)系圖，迅速確定+Y方向，然后再按右手定則確定x軸的極性。
圖1Z軸LT晶體肩面生長棱分布投影圖，其中，A.主棱，B.副棱，C.凸棱，A與A夾角120°，A與B夾角60°。
圖2.Z軸LT晶體極化后各極軸方向關(guān)系圖，其中，(a)是肩面加負(fù)電極的情況，(b)是肩面加正電極的情況。
圖3.x軸LT晶體肩面生長棱分布投影圖。其中，A′.主棱，B′.副棱，C′，凸棱，D′.小平面，A′與A′夾角180°，A′與B′夾角85°，A′與Z夾角38°。(a)、(b)是兩種不同的生長棱分布。
圖4.X軸LT晶體極化后各極軸方向關(guān)系圖，其中，(a)(b)是圖3(a)晶體極化后晶軸極性與生長棱之間關(guān)系的兩種情況，(c)(d)是圖3(b)晶體極化后晶軸極性與生長棱之間關(guān)系的兩種情況。
以上各圖中+x、+Y、+Z分別是晶體三個(gè)極軸的正方向，其相互關(guān)系適用右手定則。
下面是本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例實(shí)施例1一塊沿Z軸提拉的LT晶體，極化時(shí)肩面接負(fù)電極，需確定x、y、z三晶軸的正方向。
解Z軸LT晶體屬圖1.所述的晶體，由于極化時(shí)肩面接負(fù)電極，故此肩面為正疇面，適用于圖2(a)的晶軸關(guān)系。將晶體置于平面上，使其各生長棱投影與圖1.相符，那么，圖2(a)所示的各晶軸正方向即為所求。
實(shí)施例2.
有一塊LT晶體截面呈橢圓形。晶體肩面有四條明顯的生長棱，其中，兩條互成180°的生長棱延續(xù)到等徑部分后形成兩條明顯的凸棱，另兩條則在等徑部分形成兩條不明顯的平面，前兩條棱分別在取垂直方位的橢圓長軸的右上和左下。晶體極化后上端為+Z，試指出其+Y方向。
解據(jù)已知條件可以斷定該晶體是x軸LT。兩條延續(xù)到等徑部分而成凸棱的生長棱定為主棱，根據(jù)主棱與長軸的位置關(guān)系可知該晶體是圖3(b)所述的情況，面只需將該晶體置于平臺(tái)上，使其各生長棱投影與圖3(b)重合，則圖4(c)所示+Y晶軸方向即為所求。
本發(fā)明可以數(shù)百倍地縮短+Y方向的確定時(shí)間，既不損壞晶體，又不必動(dòng)用任何器件藥品，且結(jié)果準(zhǔn)確可靠，同時(shí)大大地改善了濾波器基片定向和切割工藝，節(jié)省工時(shí)和原材料，明顯地降低器件的成本。本發(fā)明的方法操作簡便易行。
參考文獻(xiàn)〔1〕郭常霖，硅酸鹽學(xué)報(bào)，9，4，(1981)，408.
權(quán)利要求
1.鉭酸鋰(LT)單晶晶軸極性快速確定法，本發(fā)明的特征在于，將LT晶體肩面生長棱分布與晶體極軸的關(guān)系歸納為一套關(guān)系圖，對(duì)于給定的晶體，首先根據(jù)其肩面的生長棱分布判斷晶體生長軸是Z軸或是X軸，然后將晶體肩面向上置于平面上，使肩面生長棱在平面上的投影與關(guān)系圖中某一項(xiàng)相符，最后按照極化方向來選擇相應(yīng)的關(guān)系圖，即可迅速判斷各晶軸的極性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Z軸LT晶體的橫截面為圓形，晶體肩面投影中有三條互成120°的主棱，并有三條副棱與主棱相間60°，極化后的Z軸LT的晶軸極性關(guān)系有兩種情況。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，極化晶體時(shí)肩面接負(fù)電極的LT晶體，肩面為正疇端，與生長軸平行的肩面外法線方向?yàn)?Z，與主棱在Z面上投影相反的方向?yàn)?Y，+X可由右手定則判斷。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，極化晶體時(shí)肩面接正電極的LT晶體，肩面為負(fù)疇端，與生長軸平行的肩面外法線方向?yàn)?Z，與主棱在Z面上投影相同的方向?yàn)?Y，+X可由右手定則判斷。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，X軸LT晶體的橫截面為橢圓形，其長軸即為晶體的Z軸。晶體肩面投影中有兩條互成180°的主棱，并有兩條互成180°的副棱與主棱相間85°，主棱與Z軸的最小夾角38°。極化后的X軸LT的晶軸極性關(guān)系有四種情況。
6.如權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，肩面兩條主棱分別在Z軸的左上方和右下方時(shí)，極化后x軸LT的晶軸極性關(guān)系有兩種情況。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶體Z軸上端加負(fù)電極，向上為+Z，垂直+Z向右為+Y，+x由右手定則確定。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶體Z軸上端加正電極，向下為+Z，垂直+Z向左為+Y，+x由右手定則確定。
9.如權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，肩面兩條主棱分別在Z軸的右上方和左下方時(shí)，極化后x軸LT晶軸極性關(guān)系有兩種情況。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶體Z軸上端加負(fù)電極，向上為+Z，垂直于+Z，向左為+Y，+x由右手定則確定。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述晶體Z軸上端加正電極，向下為+Z，垂直于+Z向右為+Y，+x由右手定則確定。
全文摘要
鉭酸鋰單晶晶軸極性快速確定法，屬于晶體濾波器等器件加工定向技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)對(duì)LT晶體生長棱分布與各晶軸關(guān)系的實(shí)驗(yàn)與研究，歸納為一個(gè)判斷晶軸極性的關(guān)系圖，將極化后的LT晶體置于平面上，與此圖對(duì)照分析可準(zhǔn)確無誤地確定各晶軸極性。本發(fā)明方法迅速可靠，操作簡便。
文檔編號(hào)G01N33/00GK1031896SQ8710138
公開日1989年3月22日 申請(qǐng)日期1987年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月7日
發(fā)明者孟憲林, 徐炳超 申請(qǐng)人:山東大學(xué)