近化学计量比铌酸锂晶体生长与性质研究

【作者】 高磊；

【导师】 王继扬； 刘宏；

【作者基本信息】 山东大学 ， 凝聚态物理， 2006， 博士

【摘要】 LiNbO₃（LN）晶体是一种优良的多功能晶体，具有优良的压电性能、非线性光学性能、电光及光折变性能等。可以用提拉法生长出大尺寸同成分LN晶体，而且LN晶体具有良好的热稳定性，化学稳定性和机械稳定性。基于上述优点，LN晶体在非线性光学、光电子技术、通信领域和光存储领域获得广泛的应用。 LN晶体是一种典型的非化学计量比晶体。一般条件下提拉法生长的同成分LN晶体（CLN）是在固液同成分配比原料中生长的，Li离子的缺失造成晶体中存在大量的空位缺陷，使LN晶体的许多物理性能受到很大影响。研究表明，随着LN晶体中Li元素含量的提高，其性能有了很大程度的提高。鉴于以上背景，人们十分希望长出低缺陷浓度的近化学计量比LN（NSLN）晶体。NSLN晶体的生长与性能研究已成为国际晶体研究的一个热点。本论文对NSLN晶体及其掺杂晶体的生长、结构、缺陷及性质（基本物理性质及光学性质）进行了系统的研究，并探讨了其应用，主要包括以下几方面工作： 一．晶体生长 通过控制合适的生长工艺参数，采用连续加料提拉法，利用自行研制的悬挂坩埚连续加料系统，在富锂熔体中生长出直径为两英寸的高质量的近化学计量比铌酸锂晶体。 晶体生长是一个复杂的物理—化学过程，本文结合晶体生长热力学和动力学，系统讨论了在生长过程中影响晶体生长质量的主要因素，探索出适合富锂熔体中提拉法生长近化学计量比铌酸锂晶体的工艺方法。其中，建立合理的温场是生长优质单晶的前提；控制合适的生长工艺参数是晶体生长的关键；选用优质籽晶，采用合适的原料合成工艺，控制原料组分以及避免组分过冷是提高晶体质量的保证。 二．晶体的化学组成及组分均匀性，晶体生长工艺的改进 通过对晶体介温谱，紫外吸收光谱，OH^-吸收谱，常温和高温拉曼光谱的测量，证实了晶体的组分达到近化学计量比，并利用紫外吸收边和居里温度测定晶体中的Li含量达到了49.87％（Li／[Li+Nb]）。通过对晶体紫外吸收边和生长前后原料熔点的测量，发现造成晶体底部径向分布不匀的主要因素是Li离子的更多还原

【Abstract】 Lithium niobate (LN) is a quality multi-functional crystal, it has good piezo-electric、 nonlinear-optic、 electro-optic and photorefractive properties. Lithium Niobate could be grown by Czochralski method. It has perfect thermal、 chemical and mechanical stabilizations. Based on the above merits, Lithium niobate is widely used to fabricate a number of devices such as electro-optics elements, piezoelectric drivers and detectors, and surface acoustic wave filters. It is also targeted as a key material for use in optical switches, modulators and SHG ( second harmonic generation ) devices.Lithium niobate is a typical non-stoichiometry crystal. The deficiency of lithium ion makes it have a lot of vacancies, this makes it lost many good physical properties. The recent research shows that, while the content of lithium element increased in LN crystal, the performance of the crystal increased a lot. Due to such background, we hope to grow near-stoichiometric Lithium niobate crystal (NSLN) with low vacancy density. In recent years, NSLN crystal has attracted much attention. In this work, we do some systematic research on the growth,、 structure、 defect and physical properties of NSLN crystal, it mainly include such aspects:1. Crystal growthNear-stoichiometric lithium niobate crystals with a diameter of two inches have been grown in a suspend quazi double-crucible by Czochralski method with continuous powder supply system. Because the crystals are grown with suitable technological parameters, they have perfective quality.Since crystal growth is a complex physical-chemical process, the affect qualities of crystals during the growth were analyzed, according to the theories of thermodynamics and dynamics. Based on this, we find some更多还原