簡述YCOB壓電晶體的化學(xué)結(jié)構(gòu)特性

高溫環(huán)境對于壓電石英晶體來講,是很具備挑戰(zhàn)性的,通常也被應(yīng)用于汽車設(shè)備和基站發(fā)射基地等領(lǐng)域環(huán)境使用較廣泛,這些設(shè)備設(shè)施領(lǐng)域需要使用到耐高溫度的電子零件,從而保障系統(tǒng)的安全性,YCOB壓電晶體是稀有的耐高壓電靈敏度和溫度穩(wěn)定性的石英晶體,它早電路中的物理阻抗在高溫下具有高電阻率,是溫度傳感器選擇的適合電子元器件壓電材料.

在迄今為止所研究的所有高溫壓電材料中,已經(jīng)廣泛研究了三角形,四角形和單斜晶系中的晶體諧振器,據(jù)報道,在這些材料中,具有3m對稱性的三角形鈮酸鋰(LiNbO3,LN)晶體具有高壓電系數(shù),在室溫下約為6-70 pC/N,約為商業(yè)α的3-30倍,然而,LN基壓電器件的最高工作溫度受到低電阻率的限制(要求>106Ohm·cm)用于比較,其中低電阻率的材料可用于高頻應(yīng)用)在高溫下限制在<600°C,但居里溫度高于1150°C ,然而,昂貴的組分Ga2O3限制了它們的其他工具.

表1總結(jié)了單斜晶,三角晶和四方晶系中各種高溫壓電晶體的基本特性,其中發(fā)現(xiàn)單斜晶ReCOB晶體具有相對高的熔點(diǎn),以及相對大的壓電系數(shù),有希望的高溫壓電傳感器應(yīng)用,不同高溫壓電晶體的比較,LGS,La3Ga5SiO14,CTGS,Ca3TaGa3Si2O14,CTAS,Ca3TaAl 3Si2O14,SLG,SrLaGa3O7,CAS,Ca2Al2SiO7,BTS,Ba2TiSi2O8,ReCOB,ReCa4O(BO3)3.

通過高純度(99.99％)CaCO3,Re2O3(Pr6O11)和H3BO3粉末制備ReCOB多晶材料,根據(jù)它們的名義成分對它們進(jìn)行稱重,考慮B的蒸發(fā)2?3晶體生長,過量的H的期間3BO3(1-3重量％)加入到該起始組分,這將有利于YCOB壓電晶體生長{38,45,46}將原料完全混合,然后在約1000℃下煅燒5-10小時以分解H3BO3和CaCO3,然后將煅燒的粉末研磨,再混合,然后壓成片劑,在1100-1200℃下制備ReCOB多晶組分10-20小時,固態(tài)反應(yīng)遵循以下等式:Re 2O3+6H3BO3+8CaCO3=2ReCa4O(BO3)3+8CO2↑+9H2O↑.

不同的技術(shù)已被應(yīng)用于ReCOB晶體生長,在ReCOB晶體研究的早期階段,采用高溫熔劑法進(jìn)行晶體生長,選擇合適的助熔劑(高溫溶劑)至關(guān)重要,特別是對于具有不一致特征的石英晶體諧振器,Bridgman方法,也稱為Bridgman-Stockbarger方法,涉及在高于其熔點(diǎn)的鉑或銥坩堝中加熱多晶材料,并從一端緩慢冷卻,其中定向的晶種位于其中,坩堝以特殊設(shè)計的速度從高溫區(qū)域轉(zhuǎn)移到低溫區(qū)域,沿著坩堝的長度逐漸形成單晶,圖1顯示了Bridgman生長系統(tǒng)的示意圖.

在Cz牽引技術(shù)中,通常選擇銥,鉑,鉬和石墨坩堝并在低中頻射頻爐中加熱,特別是對于ReCOB晶體生長,由于其高熔點(diǎn)(~2450℃)和對原料的化學(xué)惰性,主要使用銥坩堝,圖2給出了Cz牽引系統(tǒng)的示意圖,YCOB和GdCOB單個晶體已經(jīng)通過CZ法[生長27,33,49},將ReCOB材料熔化并保持在其各自熔點(diǎn)以上30-80℃超過10小時,以確保熔體的均勻性,選擇<010>取向的晶種用于生長,這將有益于大直徑晶體,據(jù)報道,所得到的壓電石英晶體具有X射線衍射,具有非常低的半高全寬(FWHM)(~30“){51}和高光學(xué)均勻性(10-6){52},表現(xiàn)出高的晶體質(zhì)量.

因此,由于石英晶體對稱性存在三種不同的取向系統(tǒng),包括晶體學(xué),光學(xué)和物理系統(tǒng),為了確定完整的彈性化一致性,設(shè)計了不同方向的壓電晶體切口,對于壓電傳感器應(yīng)用,可以使用各種具有不同壓電振動模式的切割方式,包括縱向和剪切振動模式等,因此,有必要討論具有高壓電系數(shù)且無壓電的俱佳晶體切割,對于理想的壓電傳感器,只有在沿其靈敏度軸加載時才需要輸出電流電壓.通過元器件結(jié)構(gòu)設(shè)計可以減弱或減少串?dāng)_效應(yīng),通過使用晶體切割設(shè)計來實現(xiàn)最小化壓電串?dāng)_對于提高傳感器的精度期望.