專利名稱：用于增大鐵電材料體積電導率的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及材料處理(material processing)，且更具體而言，但不排它地，涉及用于處理鐵電材料的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于鉭酸鋰(LiTaO3)和鈮酸鋰(LiNbO3)具有相對較大的電光系數(shù)和非線性光學系數(shù)，因此它們是得到廣泛使用的用于制造非線性光學器件的原材料。這些非線性光學器件例如包括波長轉(zhuǎn)換器、放大器、可調(diào)光源、色散補償器、和光學選通混合器(optical gated mixer)。由于其晶體具有自發(fā)電極化作用，鉭酸鋰和鈮酸鋰還公知作為鐵電材料。
由于鉭酸鋰和鈮酸鋰材料具有相對較小的體積電導率，因此電荷趨向于在這些材料中聚集。當所述材料受熱或受到機械應(yīng)力作用時可能產(chǎn)生電荷累積。由于電荷可能會使器件產(chǎn)生短路并且由此導致器件失效或者使其可靠性變差，因此器件制造商不得不采取特殊措施(通常使成本增加)從而使電荷累積減至最少或者使電荷耗散。
可通過在包括還原性氣體的環(huán)境中加熱鈮酸鋰材料從而增加鈮酸鋰材料的體積電導率。所述還原性氣體致使氧離子從鈮酸鋰材料的表面中逸出。由此鈮酸鋰材料中剩下過多的電子，從而導致其體積電導率增大。增大的體積電導率防止電荷產(chǎn)生聚集。
雖然以上所述的技術(shù)在一定條件下能夠增大鈮酸鋰材料的體積電導率，但是所述技術(shù)對于鉭酸鋰而言不是特別有效。由于鉭酸鋰比鈮酸鋰更適合用在例如一些高頻聲表面波(SAW)濾波器應(yīng)用中，因此所希望的是一種用于增加鉭酸鋰材料體積電導率的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種處理鐵電材料的方法包括以下步驟將鐵電材料和金屬源裝入容器中，升高容器的溫度，在低于鐵電材料居里溫度的溫度下加熱容器達目標時間長度，且隨后降低容器的溫度?？稍O(shè)定目標時間長度以獲得目標電導率。例如目標時間長度可以是約25小時或更短。
在閱讀完包括附圖和權(quán)利要求的整個披露內(nèi)容之后，本發(fā)明的這些和其它特征對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將易于理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的容器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的套殼的示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于增大鐵電材料體積電導率的系統(tǒng)；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種用于增大鐵電材料體積電導率的方法的框圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的晶片籠(wafer cage)的示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工藝舟的制造規(guī)格；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的殼的制造規(guī)格；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的容器的示意圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種用于增大鐵電材料體積電導率的系統(tǒng)；和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種處理鐵電材料的方法的框圖。
在不同附圖中所使用的相同的附圖標記表示相同或類似的部件。除非另外注明，否則附圖不一定是按比例進行繪制的。
具體實施例方式
在本披露內(nèi)容中，提供了許多具體細節(jié)例如設(shè)備實例、工藝參數(shù)、工藝步驟和材料，從而提供對本發(fā)明實施例的完全理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會意識到在不存在一個或多個具體細節(jié)的情況下可對本發(fā)明進行實踐。在其它實例中，為了不使本發(fā)明的特征變得不清楚，沒有對眾所周知的細節(jié)進行描述和圖示。
另外，應(yīng)該理解雖然下面將要結(jié)合鉭酸鋰對本發(fā)明的實施例進行描述，但是本發(fā)明不受其限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠適應(yīng)本發(fā)明的教導而增大其它鐵電材料例如鈮酸鋰的體積電導率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可通過將材料放置在包括金屬蒸氣的環(huán)境中并將材料加熱至材料的居里溫度，從而增大鐵電材料的體積電導率。概括地說，鐵電材料的居里溫度是在其上材料失去其鐵電特性的溫度。通過在存在具有相對較高的擴散系數(shù)的金屬蒸氣的條件下將單疇鐵電材料加熱至低于其居里溫度的溫度，鐵電材料的鐵電疇狀態(tài)不會被明顯地劣化。
優(yōu)選地，要轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵獾慕饘倬哂邢鄬^高的擴散系數(shù)并且具有還原鐵電材料的氧化態(tài)的潛在可能性。發(fā)明人認為這些特性將會允許金屬離子擴散數(shù)微米進入到鐵電材料的表面中，從而填充晶格空位，還原氧化態(tài)，并由此從鐵電材料中釋放出電子并開始進行填充在材料本體中的負離子空位的過程。填充這些負離子空位的電子被認為束縛到點缺陷部位上。這些束縛電子一般具有給鐵電材料留下區(qū)別性的較寬顯色的能級譜。通過填充晶格空位并且向點缺陷部位供給中和電子，過量的電荷可被快速中和或者可能作為極化子而被傳導離開。當過量的電荷(電子)被引入到晶格中時，積極有利的是使電子作為一個整體在晶格的極化部分內(nèi)進行移動。被稱作極化子的所述整體造成電子遷移率增加。由于電子電荷被晶格屏蔽掉，因此極化子在靜電力的作用下可不受阻礙地沿晶格進行移動。
在一個實施例中，要被轉(zhuǎn)化為蒸氣的金屬包括鋅且鐵電材料包括以晶片形式存在的鉭酸鋰?？赏ㄟ^將鋅加熱至略低于鉭酸鋰晶片的居里溫度而產(chǎn)生鋅蒸氣。為了得到對于在低于居里溫度的溫度下進行有效擴散而言足夠高的蒸氣壓，可以在具有預(yù)定體積的密封容器中對金屬和鉭酸鋰進行加熱。發(fā)明人認為在鋅蒸氣中加熱鉭酸鋰晶片會導致鋅擴散進入到鉭酸鋰晶片的表面中并且填充鋰的空位。據(jù)信這樣會造成額外的電子按照方程式1進行釋放EQ.1據(jù)信額外的電子被捕獲在鉭酸鋰晶片本體中的負離子空位中。由于熱電效應(yīng)或壓電效應(yīng)而累積的過量電荷作為極化子而被傳導離開造成鉭酸鋰晶片本體中電子遷移率的增大。也就是說，發(fā)明人認為鉭酸鋰晶片電導率的增大似乎本質(zhì)上在于極化子。
下面參見圖1，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的容器210的示意圖。容器210可被用以保持一個或多個待處理的晶片201和待轉(zhuǎn)變成蒸氣的金屬202。容器210包括本體211和端蓋212。例如可使用氧氫焊槍將端蓋212焊接到本體211上。
本體211包括管部分213和管部分214?？赏ㄟ^蓋住管部分213和214并將端蓋212焊接到本體211上而對容器210進行密封?？赏ㄟ^將插塞215插入管部分214中并將插塞215壁部焊接到管部分214的壁部上而蓋住管部分214。管部分213可以是密封毛細管。真空泵可連接到管部分214上以抽空容器210。密封的管部分213在工藝過程結(jié)束時可破裂打開以增加容器210內(nèi)的壓力(例如使容器210內(nèi)的壓力為大氣壓力)。
仍然參見圖1，一個或多個晶片201可被放置在晶片籠203中，隨后，所述晶片籠可被插入到容器210中。金屬202與晶片201一起可被放置在晶片籠203內(nèi)。晶片籠203可以是市場上可以購買到的晶片籠，例如可從加州Santa Clara的LP Glass，Inc.購買到的晶片籠。晶片籠203例如可由石英制成。
表1中示出了在一個實施例中的容器210的尺寸。應(yīng)該注意到容器210可被密封以容納不同數(shù)量的晶片。
表1.(參見圖1)


圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的套殼220的示意圖。套殼220可以是由氧化鋁制成的圓筒狀套殼。容器210可如圖2所示被插入到套殼220中，隨后如圖3所示在工藝管中進行加熱。套殼220環(huán)繞容器210從而允許均勻地對容器210進行加熱。另外，套殼220起到物理屏障的作用以保護容器210不破裂。
如圖2所示，套殼220可具有封閉端224和開口端221。容器210優(yōu)選被放置在套殼220內(nèi)，使得端蓋212朝向開口端221。開口端221允許方便地從套殼220中移去容器210。開口端221還有利于在降溫過程中在容器210內(nèi)形成熱梯度。該熱梯度導致在端蓋212中產(chǎn)生吸引沉積金屬蒸氣遠離容器210內(nèi)晶片的低溫點。這樣將不得不從晶片表面上移除的沉積量減至最少。下面進一步對本發(fā)明的這一特征進行描述。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于增大鐵電材料體積電導率的系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括包含套殼220的工藝管310。如所述，套殼220罩住容器210，所述容器210進而保持金屬202和晶片201。工藝管310可以是市場上可以購買到的通常在半導體工業(yè)中使用的爐。工藝管310包括用于加熱套殼220和其內(nèi)所有部件的加熱器303(即303A，303B，303C)。工藝管310可以是72英寸長，并且被分為三個24英寸長的加熱區(qū)，中間的一個加熱區(qū)為“熱區(qū)”。工藝管310可包括受加熱器303A加熱的第一加熱區(qū)，受加熱器303B加熱的第二加熱區(qū)，和受加熱器303C加熱的第三加熱區(qū)。工藝管310還包括用于移動套殼220的懸臂支架(cantilever)302，和門301，套殼220通過所述門301進入和離開工藝管。套殼220可被放置在工藝管310中間，其開口端221面對門301。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種用于處理鐵電材料的方法400的框圖。使用容器210、套殼220和系統(tǒng)300作為實例對方法400進行描述。然而，應(yīng)該理解框圖400、容器210、套殼220和系統(tǒng)300在此僅用于示例性目的，而不用于限制性目的。
在圖4中的步驟402中，將金屬202和一個或多個晶片201放置在晶片籠203中。隨后將晶片籠203放置在容器210內(nèi)。在一個實施例中，晶片201為相對于Y軸旋轉(zhuǎn)了42度的直徑為100毫米的鉭酸鋰晶片，而金屬202中包含純度為99.999％的鋅。在一個實施例中，在晶片籠203中放入五塊晶片201以及約8克的鋅。鋅可呈顆粒狀。純度為99.999％的鋅顆粒在市場上可從賓夕法尼亞州的Wayne的JohnsonMatthey，Inc.購買到?？筛淖兠總€晶片的鋅用量以適用于具體應(yīng)用。
在步驟404中，容器被抽空至10-7托，隨后被加熱至約200℃持續(xù)約5小時?？赏ㄟ^將端蓋212焊接到本體211上，蓋住管部分213，將真空泵連接到管部分214上，并且將絕熱帶纏繞在容器210周圍而對容器210進行加熱，從而實施步驟404。步驟404有助于在金屬202熔化之前從容器210中去除氧源、水、和其它污染物。
在步驟406中，回注容器210，以使得在略低于居里溫度時容器210內(nèi)的壓力為約760托。在一個實施例中，容器210被回注至約190托。這樣增大了容器210內(nèi)的壓力，由此使得長時間高溫加熱容器210更安全?？墒褂枚栊詺怏w例如氬對容器210進行回注?？蛇x擇地，可使用包含95％氮和5％氫的合成氣體對容器210進行回注。注意到合成氣體自身不足以還原鉭酸鋰材料，從而使其體積電導率增大。然而，在當前實例中，合成氣體有助于捕獲在步驟404之后可能殘留在容器210中的氧。使用合成氣體回注容器210在已對容器210中的污染物進行完全吹掃的一些應(yīng)用中可能是不需要的?？赏ㄟ^將插塞215焊接到管部分214上，打碎蓋使其脫離管部分213，然后使回注氣體流動通過管部分213，對容器210進行回注。
在步驟408中，對容器210進行密封。在這一點上，可通過移去回注氣體源并且蓋住管部分213，而對容器210進行密封。(注意到端蓋212已被焊接到本體211上，并且在前面的步驟中管部分214已被蓋住。)在步驟410中，將容器210插入套殼220中。
在步驟412中，在工藝管310中在低于晶片201的居里溫度的溫度下對套殼220進行加熱。在低于晶片201的居里溫度的溫度下對套殼220進行加熱使得金屬202熔化，同時不會使晶片201的鐵電性能明顯劣化。金屬202熔化在晶片201周圍產(chǎn)生金屬蒸氣。在本實例中，所述金屬蒸氣包含鋅蒸氣且晶片201由鉭酸鋰制成。本發(fā)明人認為鋅蒸氣與鉭酸鋰之間的相互作用導致晶片201的體積電導率增大已在上面有所描述。
在一個實施例中，在長72英寸的工藝管310的中部對套殼220進行加熱。同時，如圖3所示，可將套殼220放置在工藝管310中，使得開口端221面向門301。容器210優(yōu)選被放置在套殼220內(nèi)，使得端蓋212朝向開口端221(參見圖2)。
在一個實施例中，在工藝管310中以約150℃/小時的升溫速度將套殼220加熱至約595℃的最高溫度持續(xù)約240小時。優(yōu)選地，套殼220被加熱至剛好低于晶片201的居里溫度幾度。由于晶片的居里溫度可根據(jù)其制造商而變化，對于具體晶片而言，可能不得不對所述最高加熱溫度進行調(diào)節(jié)。還可以調(diào)節(jié)在工藝管310中套殼220的加熱時間從而確保金屬蒸氣充分地向內(nèi)擴散。注意到由于方法400是在裸晶片201上實施的(即在晶片201上制造器件之前)，因此方法400的總處理時間沒有大量地加到制造器件所需的時間長度上。
接著在步驟414中，降低工藝管310內(nèi)的溫度從而防止剛剛經(jīng)過處理的晶片201由于受到熱沖擊而產(chǎn)生劣化。在一個實施例中，通過將其溫度設(shè)定點設(shè)定在400℃而降低工藝管310內(nèi)的溫度。此后，懸臂支架302(參見圖3)可被編程從而以約2厘米/分鐘的速度持續(xù)3分鐘、在所述移動之間存在1.5分鐘的間歇時間的方式朝向門301移動套殼220。也就是說，套殼220可以3厘米/分鐘的速度持續(xù)3分鐘、然后間歇1.5分鐘、然后以3厘米/分鐘的速度持續(xù)3分鐘、然后再間歇1.5分鐘，依此類推的方式進行移動。
隨著套殼220朝向門301移動，套殼220的開口端221比封閉端224更加冷卻。這樣導致在容器210內(nèi)產(chǎn)生熱梯度，且端蓋212(其與開口端221一起面向門301)比容器210的其余部分更冷。通過調(diào)整工藝管310中的加熱器以使得溫度朝向門301更低，也可以有利于在容器210內(nèi)熱梯度的形成。容器210內(nèi)存在的熱梯度導致端蓋212變成吸引金屬蒸氣遠離晶片201進行沉積的冷點。
在步驟416中，從工藝管310中移去套殼220。隨后從套殼220中移去容器210。
在步驟418中，從容器210中移去晶片201?？赏ㄟ^首先破裂打開管部分213(參見圖1)從而緩慢地使容器210暴露于大氣中，從而實施步驟418。還可以使用惰性氣體對容器210進行回注。此后，例如使用金剛石刀片鋸可從本體211上切下端蓋212。
在步驟420中，對晶片201進行拋光以從其表面上移除沉積物并使其本體暴露出來。在一個實施例中，通過采用化學機械拋光對晶片201的兩個面進行拋光，從而將每個面去除約50微米。
在一個實驗中，根據(jù)剛剛描述的方法400對五個相對于Y軸旋轉(zhuǎn)了42度的直徑為100毫米的鉭酸鋰晶片，在下文中被稱作“實驗晶片”，進行處理。將實驗晶片連同8克的鋅一起放在容器210中，隨后在工藝管310中加熱至595℃持續(xù)240小時。此后，降低工藝管310的溫度并且將實驗晶片從容器210中移出。隨后對實驗晶片進行雙面拋光并進行外觀檢查。實驗晶片看上去均勻且?guī)в谢疑?。然后通過一次將一塊實驗晶片放置在熱板上，以3℃/分鐘的速度將熱板的溫度從80℃升高至120℃，并且測量晶片表面附近所產(chǎn)生的電場，從而檢測實驗晶片的體積電導率。使用由俄亥俄州克利夫蘭市的Keithley Instruments生產(chǎn)的617型電位計測量電場。實驗晶片在其表面附近不會產(chǎn)生任何表示其體積電導率已增大的可測到的電場。
為了進行比較，將一塊未經(jīng)處理的相對于Y軸旋轉(zhuǎn)了42度的直徑為100毫米的鉭酸鋰晶片，在下文中被稱作“對照晶片”放置在熱板上。然后，以3℃/分鐘的速度將熱板的溫度從80℃升高至120℃。對對照晶片表面附近的電場進行測量顯示溫度每變化20℃，增400V。這表示對照晶片的體積電導率相對較低。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的晶片籠203A的示意圖。晶片籠203A是如圖1和2所示的晶片籠203的一個具體實施例。晶片籠203A可被用在方法400或在下文中結(jié)合圖10進行描述的方法1000的工藝中。然而，應(yīng)該理解晶片籠203A不受此限制，晶片籠203A還可用于其它晶片處理應(yīng)用中。此外，方法400和方法1000不限于使用在此所披露的晶片籠203、晶片籠203A或者其它設(shè)備。在不損害本發(fā)明的優(yōu)點的條件下，還可以使用不同的晶片處理設(shè)備實施方法400和方法1000。
晶片籠203A包括工藝舟510和包括頂部521和底部522的殼。舟510包括U形件511(即511-1，511-2)，桿件512(即512-1，512-2)，和棒513(即513-1，513-2，513-3，513-4)。棒513和U形件511形成了用于將一塊或多塊晶片保持在舟510中的結(jié)構(gòu)。棒513可具有一個或多個槽口(參見圖6)，每個槽口具有足以接收單塊晶片的寬度。晶片籠203A例如可由石英制成。在那種情況下，可利用激光對棒513上的槽口進行機加工。
殼的底部522包括間隙526(即526-1，526-2，526-3，526-4)。每一個間隙526形成了具有頂部521的相應(yīng)間隙527(即527-1，527-2，527-3，527-4)的孔。也就是說，當頂部521被放置在底部522之上時，間隙526-1與間隙527-1形成了一個孔，間隙526-2與間隙527-2形成了一個孔，依此類推。在圖5中看不到頂部521上的間隙527-3與527-4。
通過把桿512擱在間隙526上，舟510可被放置和緊固到底部522上。例如，舟510可被放置底部522上，使得桿512-1的端部固定到間隙526-2和526-3上，桿512-2的端部固定到間隙526-1和526-4上。桿512可以從間隙526中突出來，從而利于操作人員借助桿512的端部容易地拾起舟510。頂部521位于底部522之上以封閉舟510。頂部521包括當兩部分連接在一起以封閉舟510時插入底部522上的插座525(其中之一未示出)中的尖頭524(其中之一未示出)。
當應(yīng)用于要將晶片暴露于金屬蒸氣中的工藝(例如方法400和1000)中時，殼有利地在所述工藝的主要步驟中幫助容納晶片附近的金屬蒸氣。然而，在工藝結(jié)束時的降溫過程中，金屬蒸氣可能轉(zhuǎn)變成可能在晶片表面上形成的沉積物。所述殼包括槽523從而有利地將在晶片上形成的沉積物減至最少。在降溫過程中，所述殼比裝在其內(nèi)的晶片冷卻得更快，由此吸引金屬蒸氣逸出所述殼并且通過槽523遠離晶片。槽523還可以防止在所述殼內(nèi)產(chǎn)生過大的壓力累積。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工藝舟的制造規(guī)格。圖6中所示為舟510的一個具體實施方式
。在圖6所示的實例中，所述棒上具有25個槽口，從而容納25塊晶片。通過減小槽口之間的間距，圖6中所示的舟可容納更多的晶片。例如可減小所述間距以使舟容納50塊晶片。還可以增長所述棒的長度從而容納更多的晶片。除非另有說明，否則在圖6所示的實例中的尺寸的單位為英寸。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的殼的制造規(guī)格。圖7中所示為如圖5所示包括頂部521和底部522的殼的一個具體實施方式
。除非另有說明，否則在圖7所示的實例中的尺寸的單位為英寸。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的容器210A的示意圖。容器210A為如圖1所示的容器210的一個具體實施方式
。除了在端蓋212A中加上突嘴801之外，容器210A與容器210相同。圖1和圖8中共用的附圖標記表示相同或相似的部件。容器210A例如可由石英制成。注意到在不損害本發(fā)明的優(yōu)點的條件下，容器210A和在此所披露的其它設(shè)備可由不同于所披露的材料的其它材料制成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠為所披露的設(shè)備選擇材料以滿足具體應(yīng)用的要求。
如圖8中所示，籠203A可用在容器210A內(nèi)。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種用于增大鐵電材料體積電導率的系統(tǒng)900。除了使用容器210A而非容器210之外，系統(tǒng)900與如圖3中所示的系統(tǒng)300相同。圖3和圖9中共用的附圖標記表示相同或相似的部件。在一個實施例中，系統(tǒng)900不包括封閉容器210A的套殼。要進行處理的晶片和金屬源(例如鋅顆粒)可被放置在籠203A中，而籠203A進一步可被放置在容器210A中。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種處理鐵電材料的方法1000的框圖。使用系統(tǒng)900作為一個非限制性實例對方法1000進行描述。
在步驟1002中，將金屬源和一個或多個晶片放置在容器210A中。可通過將晶片放置在舟510中，將舟510和金屬源放置在底部522，用頂部521蓋住底部522，然后再將所得到的組件(即籠203A)放置在容器210A的本體211中，從而實施步驟1002。
在步驟1004中，將容器210A的端蓋212A焊接到本體211上以封閉籠203A?？赏ㄟ^蓋住管部分213(參見圖8)，使突嘴801打開，并且在焊接過程中使氮氣流入管部分214并通過突嘴801流出，從而實施步驟1004。氮氣用作干燥劑，從而將焊接過程中產(chǎn)生的水蒸氣吹掃出容器210A。
在步驟1006中，對容器210A進行抽氣?？赏ㄟ^蓋住突嘴801，保持管部分213被蓋住并且將泵連接到管部分214上，從而實施步驟1006。在步驟1006中不用不得不對容器210A進行加熱。對容器210A進行抽氣有助于從容器210A中除去氧源、水、和其它污染物?？蓪θ萜?10A進行抽氣直至其內(nèi)壓力已經(jīng)穩(wěn)定。在一個實施例中，對容器210A進行抽氣約5分鐘。
在步驟1008中，回注容器210A，以使得在略低于居里溫度時容器210A內(nèi)的壓力為約760托。可使用惰性氣體例如氬對容器210A進行回注。可選擇地，還可使用用以捕獲在步驟1006之后可能殘留在容器210A中的氧的合成氣體對容器210A進行回注?？赏ㄟ^將插塞215焊接到管部分214上，打碎蓋使其脫離管部分213，保持突嘴801被蓋住，然后使回注氣體流動通過管部分213，對容器210A進行回注。
在步驟1010中，對容器210A進行密封?？赏ㄟ^移去回注氣體源，蓋住管部分213，保持管部分214被蓋住并且保持突嘴801被蓋住，而對容器210A進行密封。
在步驟1012中，將容器210A放置在系統(tǒng)900的工藝管310中(參見圖9)。容器210A可被放置在工藝管310的中段，在圖9所示實例中所述中段是受加熱器303B加熱的加熱區(qū)。容器210A可在室溫條件下被放置在工藝管310中。注意到容器210A可被放置在不帶套殼的工藝管310內(nèi)。
在步驟1014中，準備好工藝管310以運行該工藝。可通過使氮氣開始在爐內(nèi)進行流動而實施步驟1014。在工藝過程中，氮氣可以約5升/分鐘的流速連續(xù)流動。氮氣有助于保護由石英制成的部件，在本實例中為容器210A，的完整性。
在步驟1016中，升高工藝管310內(nèi)的溫度。在一個實施例中，以約2.5℃/分鐘的升溫速度將工藝管310內(nèi)的溫度升高至約595℃。根據(jù)所使用的工藝管的具體情況，加熱器303A、303B、303C可被構(gòu)造以使得放置容器210A的工藝管中部的溫度保持處于低于居里溫度的目標溫度(在本實例中為約595℃)。
在步驟1018中，允許工藝管310內(nèi)的溫度穩(wěn)定。可通過在進行步驟1020之前等待約25分鐘而實施步驟1018。
在步驟1020中，在目標溫度下加熱容器210A長達目標時間量。所述目標溫度優(yōu)選略低于正在進行處理的晶片的居里溫度，而可改變目標時間量以實現(xiàn)晶片的目標電導率。例如，可在約595℃的溫度下加熱容器210A約25小時或更短。發(fā)明人認為加熱時間與體積電導率正比相關(guān)。也就是說，加熱時間越長，晶片的體積電導率越大。例如，加熱時間約200小時可使晶片的體積電導率達到約10-10(Ωcm)-1，而加熱時間約25小時可使晶片的體積電導率達到約10-12(Ωcm)-1。為了進行比較，未經(jīng)處理的晶片的體積電導率可為約10-16(Ωcm)-1。由此可以改變加熱時間以滿足特定應(yīng)用的要求。
在步驟1022中，降低工藝管310內(nèi)的溫度從而防止晶片由于受到熱沖擊而產(chǎn)生劣化。在一個實施例中，通過以約1.5℃/分鐘的速度降低工藝管310內(nèi)所有加熱區(qū)的溫度至約530℃而實施步驟1022。
在步驟1024中，將容器210A從工藝管310中拉出。在一個實施例中，采用以下工序以約3厘米/分鐘的速度將容器210A從工藝管310中拉出a)將容器210A拉出15厘米，等待1分鐘；b)將容器210A拉出15厘米，等待1分鐘；c)將容器210A拉出10厘米，等待1分鐘10秒鐘；d)將容器210A拉出10厘米，等待1分鐘10秒鐘；e)將容器210A拉出10厘米，等待1分鐘10秒鐘；f)繼續(xù)以10厘米增量拉出容器210A，直至已超過90厘米；g)以3厘米/分鐘的速度拉出至工藝管310的開口剩余距離的容器210A。
在步驟1026中，在容器210A已冷卻后，從容器210A中移去晶片?？蓪M行濕法蝕刻或拋光以去除可能在其表面上已形成的沉積物并且暴露其主體。
盡管已對本發(fā)明的具體實施例進行了描述，但是應(yīng)該理解這些實施例僅是示例性的，而非限制性的。通過閱讀本披露內(nèi)容，許多其它實施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是明顯的。因此，本發(fā)明僅受以下權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.一種處理鐵電材料的方法，所述方法包括以下步驟將鐵電材料和金屬源裝入容器中；升高容器的溫度；在低于鐵電材料居里溫度的溫度下加熱容器達目標時間長度，選擇目標時間長度以使鐵電材料獲得目標電導率；以及降低容器的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述目標時間長度大體上為25小時或更短。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬源包括鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中裝入鐵電材料和金屬源包括以下步驟將鐵電材料和金屬源放置在容器的第一部分中；將容器的第一部分與容器的第二部分相連接，同時使干燥劑流動通過所述容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中連接容器的第一部分與容器的第二部分涉及焊接且所述干燥劑包括氮氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鐵電材料和金屬源在裝入所述容器的籠中，且金屬蒸氣從所述籠中流出，同時降低了所述容器的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟從所述容器中移去鐵電材料；以及從所述鐵電材料上移去沉積物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟在升高所述容器的溫度之前，對所述容器進行抽氣且此后使用惰性氣體回注所述容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鐵電材料包括鉭酸鋰。
10.一種用于處理鐵電材料的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括包含多個鐵電材料和金屬源的籠；包含所述籠的容器；和工藝管，所述工藝管被構(gòu)造用以升高所述容器的溫度，在低于鐵電材料居里溫度的溫度下加熱容器達一定時間長度，以及降低所述容器的溫度，從而使得金屬源蒸氣與鐵電材料進行反應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述鐵電材料包括鉭酸鋰晶片。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述籠包括被構(gòu)造用以保持鐵電材料的舟和在處理過程中被構(gòu)造用以封閉所述舟的殼。
13.一種用于增大鐵電材料體積電導率的方法，所述方法包括以下步驟將多個鉭酸鋰晶片和金屬源放置在容器中；將容器放置在工藝管中；升高所述容器的溫度；在低于鉭酸鋰晶片的居里溫度的目標溫度下加熱所述容器；降低所述容器的溫度；以及以目標拉出速度將所述容器從工藝管中拉出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述目標拉出速度為約3厘米/分鐘。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括以下步驟在將容器放置在工藝管中之前，對所述容器進行抽氣且此后使用惰性氣體回注所述容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述惰性氣體包括氬。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述金屬源包括鋅。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括以下步驟在將容器放置在工藝管中之前，使氣體流動通過所述容器，同時蓋住所述容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在目標溫度下所述容器被加熱約25小時或更短。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述目標溫度為約595℃。
全文摘要
在一個實施例中，一種處理鐵電材料的方法包括將鐵電材料和金屬源裝入容器中(1002)，升高容器的溫度(1016)，在低于鐵電材料居里溫度的溫度下加熱容器達目標時間長度(1020)，且隨后降低容器的溫度(1022)。可設(shè)定目標時間長度以獲得目標電導率。例如目標時間長度可以是約25小時或更短。
文檔編號C01D15/00GK1838988SQ200480023915
公開日2006年9月27日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者L·L·加拉姆博斯, J·M·麥雷, R·O·麥爾斯 申請人:硅光機器公司