一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，采用一種膠水混合一定比例的碳酸鋰粉和具有脫氧能力的單質(zhì)材料成為混合體系并通過絲網(wǎng)印刷方法均勻涂覆于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的兩面，置于不銹鋼容器中，然后放入熱處理爐中，在流量為6L/min～10L/min氮氣氣氛下和低于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的居里溫度條件下對待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片進行還原處理?；旌象w系中膠水為有機硅膠，具有脫氧能力的單質(zhì)材料為Zn粉末，其在混合體系中占質(zhì)量比為35％以下。本發(fā)明在鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的居里溫度條件下進行還原黑化處理，經(jīng)過黑化處理減弱其熱釋電性質(zhì)，從而降低了SAW濾波器件制造成本并提升了生產(chǎn)效率。
【專利說明】
一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及晶體材料，特別是一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的黑化處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉭酸鋰(LiTa03，LT)和鈮酸鋰(LiNb03，LN)晶體是一種集壓電、鐵電、熱釋電、非線性、電光、光彈、光折變等功能于一體的多功能材料，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。目前在聲表面波器件、光通訊、激光及光電子等領域中的獲得廣泛的應用。特別是作為壓電晶片材料，經(jīng)過退火、極化、定向、切割、滾圓、做基準面、多線切割、研磨、拋光等工序所制作的襯底片具有優(yōu)良的壓電性能，可在鏡面拋光好的襯底片上制作聲表面波(SAW)和體波(BAW)器件。但是高熱釋電和光透過等性能也會增加器件制作成本及降低生產(chǎn)良品率。
[0003]LT、LN晶體的熱釋電系數(shù)分別為23X10—5和4X10—吃八1112.10，傳統(tǒng)未經(jīng)處理的1^、LN晶體基片電阻率高(113 Ω cm?115 Ω cm)。在SAW器件制作工序中溫度變化使得LT、LN襯底表面產(chǎn)生大量電荷而無法快速釋放導走，容易造成SAW器件梳狀電極之間打火，導致器件的良品率降低，嚴重的會造成襯底片開裂，難以制作IGHz以上的SAW器件；另外，LT、LN襯底的高透過率，使光透過襯底后在襯底背面產(chǎn)生較強反射到前面，導致在光刻過程中降低梳狀電極圖案的分辨率，需在晶片背面鍍吸光膜。雖然由LT、LN晶體的熱釋電導致的表面電荷積累可以被周圍游離的電荷中和，但是往往需要數(shù)小時到十幾小時；也可通過SAW器件設計或者在器件制作過程中減少溫度波動，但會增加器件成本并降低生產(chǎn)效率，不適合批量生產(chǎn)。
[0004]研究表明，LT、LN的電導率和顏色在經(jīng)歷熱處理時隨著晶體內(nèi)存在的氧空位濃度而變化。晶片在氫氣或者其他惰性氣體氣氛中，晶片中的氧在還原劑的作用下從晶片中間往外擴散，提高了氧空位的濃度，氧空位獲得一個電子形成F色心(F+)，增強了電導率(也就降低了電阻率，電阻率與電導率是倒數(shù)關系)，同時色心在可見光區(qū)域吸收較強，使晶片由無色透明變?yōu)樽厣蛘吆谏?。因此也將這種預處理方法稱作“黑化”?！昂诨碧幚砟苡行Ы档蚅T、LN晶體或者襯底片的電阻率以減弱其熱釋電性質(zhì)，制備無熱釋電性質(zhì)的LT、LN晶體基片。降低了 SAW濾波器件制造成本并提升了生產(chǎn)效率。
[0005]美國專利US6319430提出了在氫氣組成的流動性還原氣氛中高溫熱處理LN、LT晶片的方法，此種工藝效率較高，但還原工藝中使用的氫氣容易引起爆炸的危險，因此對設備的要求較高，而且對LT來說高溫熱處理也容易出現(xiàn)退極化的現(xiàn)象。
[0006]日本專利JP2003-394575，JP2003-104176提出采用具有強還原性的單質(zhì)材料C、S1、Mg、Al、Ca、Ti等一種或至少一種還原劑構(gòu)成的粉末包裹覆蓋在放入上述S1、C、Ti等上述一種或者至少一種容器中的LT晶體晶棒或者LT襯底片進行還原黑化處理LT晶體和晶體基片。此項技術(shù)由于采用包裹覆蓋方式一方面增加了材料成本，另一方面很難控制單質(zhì)材料的過度氧化，容易造成LT晶體壓電性質(zhì)的破壞。
[0007]日本專利JP2004-061862提出了將坯料形式的LT晶片包埋在碳粉末中或者置于碳容器中，然后在惰性或者還原性氣體條件下，維持650°C到1650°C的溫度至少4小時的熱處理過程。此項技術(shù)盡管此種方法制備的LT晶片電阻率較低，熱釋電效應基本消除，但晶片已經(jīng)退極化，需要重新極化，增加了工藝步驟與成本。
[0008]日本專利JP2004-002853提出在還原氣氛或者惰性氣氛中對LT晶片、LT多晶陶瓷、儲氫材料等凝聚態(tài)物質(zhì)在高于居里溫度下(700°C?1200°C)深度還原處理，然后將深度還原的凝聚態(tài)LT晶片與待處理的LT襯底片進行交疊放置在真空或者氫氣等還原氣氛中進行黑化處理，此項技術(shù)需對晶片研磨加工，對平度要求高，難以保證兩種晶片緊密貼合，工藝效率低且制造成本大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的黑化處理方法，該方法在鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的居里溫度條件下對待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片進行還原黑化處理。經(jīng)過黑化處理減弱其熱釋電性質(zhì)，從而降低了SAW濾波器件制造成本并提升了生產(chǎn)效率。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，采用一種膠水混合一定比例的碳酸鋰粉和具有脫氧能力的單質(zhì)材料成為混合體系并通過絲網(wǎng)印刷方法均勻涂覆于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的兩面，置于不銹鋼容器中，然后放入熱處理爐中，在流量為6L/min?1L/min氮氣氣氛下和低于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的居里溫度條件下對待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片進行還原處理。
[0011]所述的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，具體包括下列步驟:
1)將膠水、碳酸鋰粉和具有脫氧能力的單質(zhì)材料按照一定比例混合；
2)將上述混合體系通過絲網(wǎng)印刷方法均勻涂覆于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片兩面并置于不銹鋼容器中；
3)將裝有待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的不銹鋼容器放入熱處理爐中；
4)打開流動氣體閥門和水封閥門，以6L/min?10L/min的速率充入流動的氮氣，并保持所述熱處理爐的水封壓強IMPa以下；
5)將所述熱處理爐升溫至4000C?600 °C之間，恒溫4h?24h ；
6)降至室溫，關閉所述流動氣體閥門和水封閥門，打開所述熱處理爐，取出置于不銹鋼容器中的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片，黑化處理完成。
[00?2]所述混合體系中具有脫氧能力的單質(zhì)材料為Zn粉末。
[0013]所述Zn粉末在混合體系中占質(zhì)量比為35%以下。
[0014]所述膠水為有機硅膠。
[0015]所述待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片為直徑小于400mm的圓片或者長寬不大于400mm方片。
[0016]所述的有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉依據(jù)LT、LN黑化襯底所需要的電導率一定比例混合。一般混合比例越高熱處理時間越長，LT、LN黑化襯底片的電導率就越高。Zn粉占混合物比例一般在35%以下。如果Zn粉占混合物比例高于35%則膠水的粘附效果差，成本相對較高，還會如日本專利JP2003-394575，JP2003-104176所述造成晶片的過氧化。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0018]實施例1:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.1的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為6L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在500V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為112 Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0019]實施例2:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.2的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為6L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在500V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為111 Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0020]實施例3:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.3的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為7L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在300V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為101()Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0021]實施例4:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.4的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為7L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在300V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為101()Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0022]實施例5:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.5的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為8L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在100V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為109Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0023]實施例6: 首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.6的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為8L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在100V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為109Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0024]實施例7:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.7的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為9L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在300V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為101()Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0025]實施例8:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.8的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為9L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在300V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為101()Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0026]實施例9:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1: 1:0.9的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為10L/min的氮氣氣氛下，升溫至460°C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在500V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為111 Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0027]實施例10:
首先將有機硅膠、碳酸鋰粉、Zn粉按照1:1:1的比例混合后通過絲網(wǎng)印刷方法涂覆于待黑化處理的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片上，并置于不銹鋼容器中，然后將此不銹鋼容器置于熱處理爐中，在流量為10L/min的氮氣氣氛下，升溫至460 °C的保持溫度下熱處理6小時，之后降至室溫取出晶片。其次，將室溫狀態(tài)的晶片置于80°C的加熱板上進行熱循環(huán)試驗。其結(jié)果是，在將基板置于加熱板上的瞬間發(fā)生的表面電位在500V以下，在基板表面上未見到火花現(xiàn)象。體積電阻率約為112 Ω.cm左右，目視觀察，未產(chǎn)生色相不均勻。
[0028]另外，本發(fā)明并不受限于上述實施方式。上述的實施方式是說明例，凡是具有本發(fā)明權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案以及實質(zhì)相同的實施方式，達到相同效果的，均包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，其特征在于，采用一種膠水混合一定比例的碳酸鋰粉和具有脫氧能力的單質(zhì)材料成為混合體系并通過絲網(wǎng)印刷方法均勻涂覆于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的兩面，置于不銹鋼容器中，然后放入熱處理爐中，在流量為6L/min?10L/min氮氣氣氛下和低于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的居里溫度條件下對待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片進行還原處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，其特征在于:包括下列步驟: 1)將膠水、碳酸鋰粉和具有脫氧能力的單質(zhì)材料按照一定比例混合； 2)將上述混合體系通過絲網(wǎng)印刷方法均勻涂覆于待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片兩面并置于不銹鋼容器中； 3)將裝有待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片的不銹鋼容器放入熱處理爐中； 4)打開流動氣體閥門和水封閥門，以6L/min?10L/min的速率充入流動的氮氣，并保持所述熱處理爐的水封壓強IMPa以下； 5)將所述熱處理爐升溫至4000C?600 °C之間，恒溫4h?24h ； 6)降至室溫，關閉所述流動氣體閥門和水封閥門，打開所述熱處理爐，取出置于不銹鋼容器中的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片，黑化處理完成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，其特征在于:所述混合體系中具有脫氧能力的單質(zhì)材料為Zn粉末。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，其特征在于:所述Zn粉末在混合體系中占質(zhì)量比為35 %以下。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，其特征在于:所述膠水為有機硅膠。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片黑化方法，其特征在于:所述待處理鉭酸鋰或鈮酸鋰晶體基片為直徑小于400mm的圓片或者長寬不大于400mm方片。
【文檔編號】C30B33/12GK106048735SQ201610660753
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610660753.4, CN 106048735 A, CN 106048735A, CN 201610660753, CN-A-106048735, CN106048735 A, CN106048735A, CN201610660753, CN201610660753.4
【發(fā)明人】姚志炎, 沈浩, 歸歡煥, 朱海瀛, 顧瀟威
【申請人】天通控股股份有限公司