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铌酸锂晶体(LiNbO3)是一种集压电、电光、非线性、光折变和热释电等性能于一身的多功能晶体。目前大量使用的铌酸锂晶体为同成分铌酸锂晶体,由于同成分铌酸锂晶体中缺少锂,形成了大量本征缺陷,严重影响其性能。与同成分铌酸锂晶体相比,近化学计量比铌酸锂晶体的诸多物理性能明显改善。从目前的研究报道来看,近化学计量比铌酸锂晶体的制备方法主要有三种:富锂熔体生长法、助熔剂法和气相平衡输运法(VTE)。其中VTE法由于工艺简单、成本低、制备出的近化学计量比铌酸锂晶体中的Li2O含量可达到49.9mol%,均匀性好,是制备近化学计量比铌酸锂晶体较实用的方法。但VTE法受离子固相扩散速率慢的限制目前只能制备小厚度的晶体,而目前对于VTE方法的研究主要在于VTE工艺的优化,VTE处理后晶片性能的改进,对于VTE过程中离子的扩散机制的研究报道很少。
本文在铌酸锂晶体缺陷结构的基础上,对铌酸锂晶体中的离子扩散机制进行理论分析,并用实验进行验证,主要工作如下。
第一、对高温富锂气氛下铌酸锂晶体中的离子扩散机制进行了理论分析,认为锂离子和反位铌都需借助于锂空位扩散,随着锂离子扩散进入晶体中,反位铌离子将向晶体表面迁移;
第二、自行设计非对称扩散实验并对上述理论进行验证,表明在VTE扩散过程中,反位铌迁移到晶体的外部,分析认为在非对称气氛锂离子单向扩散下,反位铌更易向外迁移;
第三、用非对称扩散法制备了近化学计量比铌酸锂晶体,并对其进行了分析和检测。