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Wafer di tantalato di litio e di niobato di litio: Un confronto completo per gli appassionati di tecnologia

1 Introduzione

Ilniobatodi litio (LiNbO3, LN) e il tantalato di litio (LiTaO3, LT) sono entrambi materiali cristallini multifunzionali con prestazioni eccellenti. In termini di proprietà ottiche, hanno proprietà elettro-ottiche, acusto-ottiche e ottiche non lineari e possono essere utilizzati come filtri, ecc. Il niobato di litio ha anche un effetto di rifrazione unico, che ne consente l'utilizzo in un nuovo campo di archiviazione olografica. In campo elettrico, oltre alle proprietà elettrotico-ottiche, il niobato di litio e il tantalato di litio hanno effetti piezoelettrici e piroelettrici e sono ampiamente utilizzati come substrati piezoelettrici e unità di rilevamento piroelettriche.

Questo articolo presenta i materiali a base di niobato di litio e tantalato di litio a partire dalla struttura cristallina, coinvolgendo le loro proprietà ottiche, le proprietà elettriche, l'ambito di applicazione e il processo di preparazione, ecc.

Strutture cristalline del niobato di litio e del tantalato di litio

LN appartiene al sistema cristallino tripartito con gruppo puntuale 3m e gruppo spaziale R3c e triplo asse di simmetria rotazionale, ed è classificato in due tipi di niobato di litio quasi stechiometrico (SLN) e niobato isotattico di litio (CLN). Anche LT appartiene al sistema cristallino tripartito e alla struttura di tipo ilmenitico, con il reticolo ABO3 della spina dorsale ossido-ottaedrica. La struttura cristallina di LN e LT determina le loro proprietà ottiche distintive, che trovano applicazioni uniche nell'ottica non lineare e nell'elettrofotonica.

Tabella 1 Informazioni sulla struttura cristallina

LN

LT

Tipo di cristallo

Sistema cristallino tripartito

Sistema cristallino tripartito

Costante di Lattice

a=b=5,148 Å c=13,863 Å

a=5,154 Å c=13,783 Å

Gruppo di punti spaziali

Gruppo di punti 3m

Gruppo spaziale R3c

Gruppo di punti C63vR3C

3 Proprietà ottiche del niobato di litio e del tantalato di litio

La struttura cristallina unica del niobato di litio e del tantalato di litio conferisce loro proprietà ottiche distintive. LN e LT sono cristalli ottici non lineari caratterizzati da elevati coefficienti ottici non lineari quadratici, che sono fondamentali in vari processi ottici non lineari, tra cui il raddoppio di frequenza, la miscelazione, la somma e la generazione di differenze. Presentano significativi coefficienti elettro-ottici, indicativi della loro capacità di alterare l'indice di rifrazione sotto campi elettrici applicati, rendendoli ideali per l'uso in modulatori elettro-ottici e interruttori ottici. Inoltre, sia l'LN che l'LT mostrano birifrangenza, che si manifesta come la presenza di due distinti indici di rifrazione all'interno del cristallo, mostrando così una selettività di polarizzazione verso la luce incidente lungo orientamenti specifici. L'ampia finestra di trasparenza che abbraccia le gamme spettrali del visibile e dell'infrarosso ne sottolinea l'importanza in applicazioni quali le comunicazioni ottiche e la tecnologia laser.

I cristalli di niobato di litio presentano un effetto di fotorefrazione, per cui l'indice di rifrazione subisce variazioni disomogenee quando viene sottoposto a un'intensa irradiazione luminosa. Inizialmente, questo fenomeno poneva dei problemi, in quanto interrompeva le condizioni di abbinamento di fase e riduceva l'efficienza di conversione del raddoppio di frequenza. Tuttavia, le ricerche successive hanno rivelato che questo effetto può essere sfruttato per l'immagazzinamento olografico, sebbene richieda un'irradiazione o un trattamento ad alta temperatura per essere mitigato. Attualmente, l'effetto di fotorifrazione è uno strumento fondamentale per l'elaborazione ottica delle informazioni e trova applicazione nell'archiviazione ottica, nei display olografici, nella modulazione spaziale, nella differenziazione temporale completamente ottica e nell'elaborazione delle immagini. Tuttavia, i dispositivi che utilizzano questi cristalli possono presentare una significativa dispersione indotta dalla luce, definita rumore "a ventaglio", ad alte intensità luminose. Inoltre, il tempo di risposta prolungato del cristallo può distorcere la riproduzione delle informazioni, ponendo problemi nel soddisfare le richieste di applicazioni di alta qualità, a risposta rapida e a lunga conservazione.

I cristalli di tantalato di litio hanno molte proprietà simili a quelle dei cristalli di niobato di litio, come la stessa struttura cristallina, la ferroelettricità a temperatura ambiente e la composizione non stechiometrica. Soprattutto nel campo dell'archiviazione olografica, i cristalli di LT sono diventati uno dei materiali fotorefrattivi più popolari per l'archiviazione olografica perché presentano vantaggi simili a quelli dei cristalli di LN: archiviazione massiva, stabilità a lungo termine e cancellazione ripetuta. Sebbene il tantalato di litio e il niobato di litio siano dello stesso tipo, esistono alcune differenze tra questi due cristalli, come ad esempio la resistenza alla fotorefrazione del cristallo LT, che è superiore di oltre due ordini di grandezza rispetto al cristallo LN.

Tabella 2 Proprietà di LN e LT

LN

LT

Punto di fusione

1250℃

1650℃

Temperatura di Curie

1140℃

610℃

Densità

4,64g/cm3

7,45g/cm3

Durezza Mohs

5

5.5-6

Spettro

Trasmissione Lunghezza d'onda

0,4-2,9um

0,4-5,0um

Indice di rifrazione

no=2,286

ne=2,203 (632,8nm)

no=2,176

ne=2,180 (633nm)

Coefficiente termico

Coefficiente di espansione termica

a11=15,4×10E-6/k

a33=7,5×10E-6/k

aa=1,61×10E-6/k

ac=4,1×10E-6/k

4 Proprietà elettriche del niobato di litio e del tantalato di litio

Ferroelettricità ed effetto piezoelettrico

Sia il niobato di litio (LN) che il tantalato di litio (LT) appartengono alla classe dei cristalli ferroelettrici, contraddistinti da proprietà elettriche uniche. I cristalli ferroelettrici possiedono la ferroelettricità, ovvero possono essere polarizzati in risposta a un campo elettrico applicato e mantenere questa polarizzazione anche dopo la depolarizzazione, fino a quando non vengono sottoposti a un campo elettrico opposto. Questa caratteristica deriva dalla loro struttura cristallina non centrosimmetrica. I cristalli ferroelettrici trovano importanti applicazioni in elettronica e ottica, in particolare nello sviluppo di condensatori, sensori e dispositivi di memoria.

L'effetto piezoelettrico si riferisce al dielettrico in una certa direzione per azione di forze esterne e deformazione, il suo fenomeno di polarizzazione interna, allo stesso tempo nel mezzo delle due superfici opposte della carica positiva e negativa. Quando la forza esterna viene rimossa, il dielettrico torna allo stato di assenza di carica; questo fenomeno è chiamato effetto piezoelettrico positivo. Quando la direzione della forza viene modificata, cambia anche la polarità della carica. I cristalli con effetto piezoelettrico sono chiamati cristalli piezoelettrici. La cella di un cristallo piezoelettrico è asimmetrica, ma può comunque esistere in equilibrio elettrico neutro. Quando si applica una pressione alla superficie del cristallo, la struttura del cristallo si deforma e gli atomi si spingono l'uno contro l'altro, generando così una corrente elettrica e completando la trasformazione da forza meccanica a energia elettrica; quando si applica una corrente elettrica al cristallo piezoelettrico, il cristallo si espande e si contrae e si può realizzare la trasformazione da corrente elettrica a energia meccanica.

LN e LT: materiali piezoelettrici superiori

I cristalli di niobato di litio e di tantalato di litio sono materiali piezoelettrici tipici con eccellenti proprietà piezoelettriche; rispetto ai cristalli piezoelettrici comunemente usati, il quarzo, i cristalli di niobato di litio e i cristalli di tantalato di litio hanno un eccellente effetto piezoelettrico e un effetto di accoppiamento elettromeccanico; possono essere preparati per dispositivi ad alta frequenza, per cui i cristalli di niobato di litio possono essere utilizzati per risonatori, trasduttori, linee di ritardo, filtri, ecc, Si utilizza nelle comunicazioni mobili, nelle comunicazioni satellitari, nell'elaborazione digitale dei segnali, nei televisori, nelle trasmissioni radiotelevisive, nei radar, nella telemetria di telerilevamento e in altri campi civili, nonché nelle contromisure elettroniche, nelle spolette, nella guida e in altri campi militari, tra cui il più utilizzato è il filtro a onde acustiche di superficie (SAWF), che trova largo impiego nel campo dei filtri SAW, dei trasduttori piezoelettrici e in altri campi.

Il fenomeno della variazione dell'intensità della polarizzazione spontanea di un cristallo polare a seguito di una variazione della temperatura esterna è chiamato effetto piroelettrico. I cristalli con questa proprietà sono chiamati piroelettrici. Una caratteristica fondamentale dei cristalli ferroelettrici è l'effetto piroelettrico, che può essere prodotto senza l'aggiunta di un campo elettrico supplementare. I cristalli ferroelettrici, dopo essere stati scesi al di sotto della loro temperatura di Curie, subiscono spontaneamente un certo grado di transizione di fase a causa della mancanza di modi vibrazionali nel reticolo cristallino, che determina un'asimmetria in determinate direzioni. Se il piroelettrico viene riscaldato (dT/dt>0), a quel punto i dipoli all'interno del materiale perdono il loro orientamento a causa delle vibrazioni termiche, il loro livello di polarizzazione spontanea diminuisce. Se il materiale si trova nello stato di circuito aperto, la carica libera rimane sulla superficie dell'elettrodo e genera un potenziale sul materiale. Se il materiale si trova in uno stato di cortocircuito, si genera una corrente tra le due superfici polarizzate del materiale. Allo stesso modo, se il piroelettrico viene raffreddato (dT/dt < 0), il dipolo riacquista il suo orientamento, il che porta a un aumento del livello di polarizzazione spontanea, per cui la carica libera viene attratta dalle superfici polari, invertendo così il flusso di corrente in condizioni di cortocircuito.

5 Applicazioni del niobato di litio e del tantalato di litio

5.1 Filtri SAW

Filtri in dispositivi SAW: I filtri sono stati studiati maggiormente nei dispositivi SAW. I filtri presentano i vantaggi della bassa perdita di trasmissione, dell'elevata affidabilità, dell'alta flessibilità di fabbricazione, della compatibilità analogica/digitale, dell'eccellente selettività di frequenza e della capacità di implementare un'ampia gamma di funzioni complesse. I materiali utilizzati per la realizzazione dei filtri richiedono generalmente una buona planarità della superficie, elevati coefficienti di accoppiamento elettromeccanico, basse perdite di propagazione, coefficienti di bassa temperatura, buona ripetibilità, elevata affidabilità, produzione in serie e basso costo.

I coefficienti di accoppiamento elettromeccanico del tantalato di litio e del niobato di litio sono superiori a quelli del quarzo e i cristalli di tantalato di litio possono realizzare una larghezza di banda relativa del 6%-7%, mentre il niobato di litio può realizzare una larghezza di banda relativa del 10%-12%, ma i coefficienti di temperatura del tantalato di litio e del niobato di litio sono più elevati, I cristalli di tantalato di litio con taglio a X hanno una tangente a temperatura zero, in modo che il punto del coefficiente a temperatura zero possa essere controllato attraverso il controllo preciso della precisione della tangente Il punto del coefficiente a temperatura zero può essere controllato nell'intervallo di temperatura ambiente controllando con precisione la precisione del taglio, in modo da poter essere utilizzato per fabbricare filtri ad alta frequenza e a grande larghezza di banda.

Il risonatore dei filtri: Il risonatore è l'unità di base di un filtro e le sue prestazioni hanno un grande impatto sulle prestazioni del filtro. Con l'aumento della richiesta di filtri più performanti nei terminali di comunicazione, i filtri SAW a risonatore sono ampiamente utilizzati per risolvere i problemi di dimensioni ridotte, basso consumo energetico e bassa perdita di inserzione. L'elemento circuitale di base di un filtro SAW a risonatore è il risonatore. Il SAW eccitato dal trasduttore a forcella viene riflesso avanti e indietro tra le due griglie di riflessione per formare una risonanza e, regolando la frequenza di risonanza del risonatore e la frequenza di antirisonanza del risonatore, è possibile sintetizzare filtri passa-basso, passa-alto, passa-banda e a rifiuto di banda. Il risonatore può aumentare la frequenza di risonanza e la frequenza centrale del filtro e ridurre la reiezione fuori banda del filtro. La frequenza di funzionamento del filtro SAW di tipo risonatore è generalmente compresa tra 10 MHz e 1 GHz, con una perdita di inserzione di 1 ~ 5 dB. Il tantalato di litio, in quanto il centro del materiale composto come elemento di risonanza ha un valore Q più elevato, e la generazione di armoniche multiple svolge un ruolo importante.

5.2 Oscillatori

Un oscillatore è un dispositivo che converte l'energia della corrente continua in energia della corrente alternata a una frequenza specifica, in genere ottenuta tramite un circuito oscillatore. Gli oscillatori funzionano convertendo l'energia tra campi magnetici ed elettrici, consentendo l'oscillazione libera. Sono comunemente classificati in oscillatori RC, oscillatori LC e oscillatori a cristallo. Gli oscillatori a cristallo utilizzano l'effetto piezoelettrico, in cui l'applicazione di una tensione ai poli del wafer di cristallo deforma il cristallo, generando una tensione attraverso il wafer. Sebbene il quarzo sia spesso utilizzato per il suo piccolo coefficiente di temperatura e la sua buona stabilità termica, il suo basso coefficiente di accoppiamento elettromeccanico ne limita la capacità di raggiungere frequenze elevate e ampie larghezze di banda nei filtri. Per migliorare le prestazioni degli oscillatori, la ricerca recente si è concentrata sull'uso di wafer di tantalato di litio, che ha permesso di migliorare le prestazioni del dispositivo, la miniaturizzazione e le frequenze più elevate.

5.3 Rivelatori piroelettrici

I rivelatori piroelettrici funzionano scambiando calore con l'ambiente circostante attraverso convezione termica, conduzione termica e irraggiamento termico. Il principio di funzionamento prevede l'adsorbimento di elettroni sulla superficie dei materiali piroelettrici, con conseguente superficie neutra. Quando viene sottoposta a calore, la temperatura della superficie cambia, causando una variazione del momento di dipolo elettrico del materiale. Per mantenere la neutralità della superficie, il materiale rilascia una carica elettrica. I sensori piroelettrici offrono vantaggi come l'elevata velocità di rilevamento, le ampie frequenze operative, l'economicità, la semplicità di costruzione e i rapidi tempi di risposta. Le unità di rilevamento dei rivelatori piroelettrici comprendono ceramiche, cristalli singoli e film sottili. Le ceramiche più comuni sono il niobato di potassio e il titanato di zirconio, mentre i cristalli singoli sono costituiti da niobato di litio e tantalato di litio. I film sottili comunemente utilizzati sono quelli di tantalato di litio e titanato di zirconio di piombo. I cristalli di tantalato di litio sono preferiti nei rivelatori piroelettrici grazie al loro favorevole coefficiente piroelettrico, al punto di Curie e alla costante dielettrica.

5.4 Commutatori Q

La tecnologia di regolazione Q del laser si basa su un componente ottico speciale: un commutatore ottico veloce all'interno della cavità, generalmente denominato commutatore di regolazione Q o Q-switch. Il valore Q è un indicatore della qualità della cavità di risonanza ottica del laser. Più alto è il valore Q, minore è la soglia di pompaggio richiesta e più facile è l'oscillazione del laser. lo scopo della regolazione Q del laser è comprimere la larghezza dell'impulso e aumentare la potenza di picco. Lo scopo della tecnologia di regolazione del Q del laser è quello di comprimere l'ampiezza dell'impulso e aumentare la potenza di picco. Attualmente, il commutatore Q comunemente utilizzato comprende la tecnologia Q elettro-ottica, la tecnologia Q acusto-ottica, il colorante ad assorbimento saturabile Q e il colorante ad assorbimento saturabile Cr4 + ∶ YAG. La nuova tecnologia Q del laser viene costantemente sviluppata e applicata, compresa la combinazione di Q attivo e Q passivo, la tecnologia Q doppia, la tecnologia Q doppia passiva e la tecnologia Q mode-locked.

Attualmente, la stragrande maggioranza dei laser pulsati a nanosecondi è realizzata con la tecnologia Q elettro-ottica, la tecnologia Q elettro-ottica, il materiale di base è il cristallo Q elettro-ottico, i cristalli Q elettro-ottici comunemente utilizzati includono i cristalli di fosfato di diuterio di potassio, i cristalli di tantalato di litio, i cristalli di niobato di litio e i cristalli di fosfato di titanio ossido di rubidio. I cristalli di tantalato di litio hanno prestazioni stabili, non deliquescono e hanno un'elevata soglia di danneggiamento, per cui vengono utilizzati più spesso.

5.5 Immagazzinamento olografico

Nel XX secolo, con il rapido progresso della scienza e della tecnologia dell'informazione, sono emersi i limiti dei nastri magnetici, dei dischi e dei CD-ROM nel soddisfare la crescente domanda di archiviazione dei dati. Di conseguenza, l'archiviazione ottica è emersa come un'alternativa promettente e l'archiviazione olografica a rifrazione ottica è stata riconosciuta come un concorrente chiave per la prossima generazione di tecnologia di archiviazione ottica. L'archiviazione olografica offre una capacità significativamente più elevata rispetto alle memorie tradizionali monodimensionali e bidimensionali, con una scala di capacità proporzionale alla terza potenza del reciproco della lunghezza d'onda della luce.

Nonostante i notevoli vantaggi della memoria olografica tridimensionale fotorefrattiva, come le dimensioni compatte, la maggiore capacità di memorizzazione e la velocità di trasferimento dei dati, la mancanza di materiali fotorefrattivi ideali ha rappresentato una sfida notevole. Sebbene i cristalli di niobato di litio (LN) con effetti di rifrazione abbiano dimostrato di essere promettenti per le applicazioni di archiviazione olografica, la loro implementazione pratica è ostacolata da limitazioni quali la bassa efficienza di diffusione di saturazione, la bassa velocità di risposta e la volatilità. Per affrontare queste sfide si è cercato di drogare i cristalli di LN con altri materiali elementari come Fe, Mn e In, allo scopo di migliorarne le prestazioni e la fattibilità per applicazioni pratiche.

6 Preparazione del niobato di litio e del tantalato di litio

6.1 Preparazione del niobato di litio

6.1.1 Preparazione del niobato di litio omocomponente

Il niobato di litio omocomponente viene spesso preparato con il metodo del sollevamento del crogiolo. La qualità dei cristalli di tantalato di litio è generalmente influenzata dal rapporto tra materie prime, dalla velocità di estrazione, dalla qualità dei cristalli seme, dalla forma e dal tipo di crogiolo. I vantaggi del metodo di estrazione diretta sono la semplicità delle attrezzature, la facilità di funzionamento e di drogaggio.

6.1.2 Preparazione del niobato di litio con un rapporto stechiometrico stretto

Il metodo a due crogioli, dotato di un dispositivo di carica continua, è l'approccio più maturo e commercialmente valido per la crescita di cristalli di niobato di litio (nSLN) da fusi ricchi di litio. Tuttavia, il metodo a doppio crogiolo presenta delle sfide, tra cui la complessità delle apparecchiature, la difficoltà di controllare la crescita dei cristalli e la lentezza dei tassi di crescita dovuta alla disparità tra i componenti della fusione e del cristallo. Questi fattori si traducono in basse rese e cristalli costosi, limitandone l'applicazione diffusa.

Un altro metodo prevalente è quello della diffusione, in cui i cristalli di nSLN sono prodotti per diffusione del litio nei cristalli di CLN in un'atmosfera ricca di litio, influenzata dalla temperatura e dal tempo di diffusione. I cristalli di nSLN otticamente omogenei possono essere ottenuti senza inclusioni o particelle di dispersione, fino a livelli pratici, a condizione che il substrato di diffusione presenti un'elevata omogeneità ottica. Tuttavia, la maggior parte dei metodi di diffusione riportati in letteratura produce wafer di nSLN tagliati a Z con spessori ridotti. I substrati spessi o non tagliati a Z possono portare alla fessurazione o addirittura alla rottura del wafer dopo il trattamento di diffusione. Nelle applicazioni ottiche pratiche, spesso sono necessarie dimensioni maggiori per soddisfare le specifiche di progettazione dell'apertura passante e del percorso ottico. Inoltre, il metodo di diffusione deve affrontare sfide legate alla corrosione dei wafer, al riciclo delle materie prime ricche di litio, alla preparazione dei lotti e alla coerenza dei lotti dei componenti del cristallo, che incidono sull'efficienza dei costi complessivi.

6.2 Preparazione del tantalato di litio

6.2.1 Preparazione del tantalato di litio omocomponente

I cristalli di tantalato di litio della stessa composizione sono spesso preparati mescolando pentossido di tantalio di elevata purezza e carbonato di litio di elevata purezza in un rapporto stechiometrico di 0,95:1 (rapporto molare) e utilizzando il metodo di estrazione in crogiolo. La qualità dei cristalli di tantalato di litio è generalmente influenzata dal rapporto tra le materie prime, dalla velocità di estrazione, dalla qualità dei cristalli di semi, dalla forma e dal tipo di crogiolo e da altri fattori. I cristalli di tantalato di litio vengono affettati, anneriti, rettificati, smussati e puliti per ottenere wafer di tantalato di litio. I vantaggi del metodo di trafilatura diretta sono la semplicità delle attrezzature, la facilità di funzionamento e di drogaggio. Anche i metodi di blistering, die-guiding e a gradiente di temperatura possono consentire la preparazione di cristalli di tantalato di litio con la stessa composizione, ma sono meno utilizzati in considerazione dei costi di preparazione, della qualità dei cristalli e della difficoltà del processo.

6.2.2 Preparazione del tantalato di litio con rapporto stechiometrico stretto

È difficile preparare cristalli di tantalato di litio con un rapporto stechiometrico vicino e gli attuali metodi di preparazione di cristalli di tantalato di litio con un rapporto stechiometrico vicino includono principalmente il metodo del doppio crogiolo, il metodo di estrazione del flusso, il metodo di fusione a zone e il metodo dell'equilibrio di scambio di fase gassosa.

Metodo del doppio crogiolo: Il metodo del doppio crogiolo prevede l'aggiunta continua di fuso al crogiolo durante il processo di preparazione dei cristalli per mantenere invariata la composizione del fuso nel crogiolo, in modo da preparare cristalli di tantalato di litio con un rapporto quasi stechiometrico. I cristalli di tantalato di litio quasi stechiometrici preparati con il metodo a due crogioli sono omogenei, ma il processo è complicato e costoso e la partizione interfacciale solido-liquido porta a un gran numero di frange di crescita nei cristalli cresciuti.

Metodo Flux Pulling: Il metodo di estrazione del flusso consiste nell'aggiungere del flusso nella fusione del cristallo per regolare il punto di fusione del cristallo; il flusso comunemente usato è il K2O. Questo metodo è meno difficile, ma il flusso entra facilmente nel cristallo e, con l'aumento della proporzione del flusso, la composizione della fusione cambia con la crescita del cristallo ed è difficile garantire l'omogeneità dei cristalli preparati.

Metodo della fusione a zone: Il metodo di fusione a zone consiste nell'utilizzare l'energia termica a un'estremità della barra di semiconduttori per produrre una zona di fusione, quindi fondere un singolo cristallo di seme, regolare la temperatura in modo che la zona di fusione si sposi lentamente all'altra estremità della barra, attraverso l'intera barra per completare la preparazione dei cristalli. I cristalli cresciuti con questo metodo hanno una distribuzione uniforme della composizione, un risparmio energetico, un elevato utilizzo delle materie prime e un'alta qualità dei cristalli.

Metodo dell'equilibrio di scambio di fase gassosa: Il più grande vantaggio del metodo dell'equilibrio di scambio di fase gassosa è che il contenuto di Li dei cristalli può essere controllato durante il processo di crescita e qualsiasi campione di tantalato di litio con contenuto di Li noto può essere ottenuto in base alla domanda effettiva, ma questo metodo richiede molto tempo per la lavorazione dei cristalli ed è adatto alla preparazione di campioni in fogli di grandi dimensioni, ed è difficile ottenere un rapporto stechiometrico ampio e uniforme di cristalli singoli.

Tabella 3 Confronto tra diversi metodi di preparazione del tantalato di litio con rapporto stechiometrico stretto

Metodo

Vantaggi

Svantaggi

Metodo a doppio crogiolo

1. È in grado di produrre cristalli di tantalato di litio uniformemente quasi stechiometrici.

2. Vicinanza al rapporto stechiometrico dei cristalli di tantalato di litio.

1. Processo complesso, costo elevato.

2. La suddivisione dell'interfaccia solido-liquido porta a un gran numero di frange di crescita nei cristalli cresciuti.

Metodo di estrazione del flusso

1. Processo relativamente semplice. 2. Possibilità di regolare il punto di fusione del cristallo.

1. Il flusso si infiltra facilmente nel cristallo.

2. Con l'aumento della proporzione di flusso, la composizione del fuso cambia con la crescita del cristallo, rendendo difficile garantire l'omogeneità del cristallo.

Metodo di fusione a zone

1. I cristalli presentano una distribuzione uniforme della composizione.

2. Risparmio energetico, elevato utilizzo delle materie prime e alta qualità dei cristalli.

1. Processo relativamente complesso

2. Richiede elevate competenze operative.

Metodo dell'equilibrio di scambio di fase gassosa

1. Controllo del contenuto di Li del cristallo durante il processo di crescita.

2. Capacità di ottenere campioni di tantalato di litio con contenuto di Li noto in base a richieste specifiche.

1. Tempi lunghi di lavorazione dei cristalli.

2. Adatto alla preparazione di campioni in fogli di grandi dimensioni, difficile ottenere cristalli singoli stechiometrici grandi e uniformi.

7 Conclusione

Sia il niobato di litio che il tantalato di litio possiedono eccellenti proprietà ottiche e optoelettroniche non lineari e possono essere utilizzati in dispositivi ottici come filtri, dispositivi elettro-ottici, componenti piezoelettrici e piroelettrici e per l'archiviazione olografica. Il niobato di litio può essere preferito per l'archiviazione olografica, dove sono richieste una risoluzione e una qualità dell'immagine più elevate, mentre il tantalio di litio è preferito negli scenari in cui gli effetti di fotorefrazione devono essere ridotti al minimo. In termini di preparazione, il metodo di estrazione della crescita dei cristalli è ancora il metodo di preparazione di base e diversi tipi di LT sono preparati con metodi diversi, ciascuno con i suoi vantaggi e svantaggi, e il processo complessivo è più complesso.

Come eccellenti materiali ottici, fotovoltaici, piezoelettrici e termoelettrici, il niobato di litio e il tantalato di litio sono disponibili presso la Stanford Advanced Materials; se avete scenari e domande più specifiche sul loro utilizzo in applicazioni pratiche, siete invitati a consultare gli specialisti della SAM.

Pagine dei prodotti:

CY0027 Wafer di tantalato di litio (wafer di LiTaO3)

CY0066 Wafer di niobato di litio (wafer di LiNbO3)

Riferimenti

[1] Xiao, X., Xu, Q., Liang, S. et al. Preparazione, proprietà elettriche, termiche e meccaniche di wafer di tantalato di litio quasi stechiometrici. J Mater Sci: Mater Electron 33, 20668-20677 (2022). https://doi.org/10.1007/s10854-022-08878-3

[2] KIMURA T, OMURA M, KISHIMOTO Y, et al. Studio comparativo di dispositivi a onde acustiche che utilizzano sottili piastre piezoelettriche nella gamma 3~5 GHz [J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2019, 67(3): 915-921.

[3] RUBY R, GILBERT S, LEE S K, et al. Nuovo progetto SAW in silicio a composizione termica per l'integrazione dei filtri [J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2021, 31(6): 674-677.

About the author

Chin Trento

Chin Trento ha conseguito una laurea in chimica applicata presso l'Università dell'Illinois. Il suo background formativo gli fornisce un'ampia base da cui partire per affrontare molti argomenti. Da oltre quattro anni lavora alla scrittura di materiali avanzati presso lo Stanford Advanced Materials (SAM). Il suo scopo principale nello scrivere questi articoli è quello di fornire ai lettori una risorsa gratuita ma di qualità. Accetta volentieri feedback su refusi, errori o differenze di opinione che i lettori incontrano.
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