锗酸铋晶体色带和色芯形成机理的微观分析研究

摘要

近年来随着声表面波器件(SAW)的广泛应用和发展,对大尺寸晶体的质量提出了更高的要求.锗酸铋(Bi<,12>GeO<,20>,简称BGO)晶体是研制SAW器件的关键材料之一,由于目前存在的色带、色芯缺陷对器件性能有着严重影响.因此,分析研究BGO晶体缺陷及其微观机理,有利于研制性能优良的晶体和高可靠性的SAW器件.该文采用EDS、WDS、XRD、SEM、TEM、DTA等分析技术对BGO晶体生长系统的挥发物、样品非色芯和色芯区域及不同方向生长的色带、非色带样品做了对比分析工作.摸索出了利用SEM观察BGO晶体的腐蚀条件,观察到了缺陷样品微结构的差异;并利用计算机软件模拟样品XRD峰相对强度变化,揭示了色带缺陷样品XRD峰相对强度变化的物理意义是晶胞中富Ge度形成Bi空位;结合电子探针的点、面分析模式,确定了非色带区、色带区成份差异来自晶粒和晶界成份差异;利用DDTA分析了样品非色芯、色芯区域并讨论了分析曲线的差异.通过上述的分析测试方法的建立和选择,为色带、色芯形成的微观机理研究打下基础.综合多种分析测试结果和影响完整晶体生长的各种因素,认为BGO晶体色带缺陷产生的微观机理是系统Bi<,2>O<,3>的挥发使熔体偏离同成份配比点,造成界面组分过冷,形成了胞状界面,胞状组织溶质的分布很不均匀的,沟漕晶体溶质浓集而相应于胞中晶体溶质贫乏.BGO晶体生长速率的各向异性,使胞状组织形态不同.形成的该缺陷区域对光产生了不同的折射率,使该区域呈现与其他区域不同的颜色,当这种区域保持了一个稳定尺寸时,在晶体中形成色带.对于BGO晶体色芯,杂质的存在不是构成色芯缺陷的根本原因,也不是熔体局部浓度起伏的结果,是弯曲固液面形成的小面中晶体的不同生长机制造成的.弯曲的固液面上小面生长是BGO晶体色芯产生的微观机理.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1声表面波(SAW)的应用及其所用材料

1.2晶体的缺陷

1.2.1晶体中常见的点、线、面缺陷

1.2.2人工晶体生长中存在的主要体缺陷

1.2.3晶体缺陷分析的重要性

1.3锗酸铋晶体的主要缺陷及其对器件性能的影响

1.4晶体缺陷研究的方法和局限性

1.5 BGO晶体缺陷研究的现状和存在的问题

1.6本论文工作目标

第二章 BGO晶体的概述

2.1锗酸铋晶体的发现和研究进展

2.2 BGO晶体的结构

2.3 BGO晶体的性质及应用

2.4.锗酸铋晶体的生长

第三章BGO晶体色带缺陷的分析

3.1 BGO晶体生长系统熔体挥发物的分析

3.2 BGO晶体色带缺陷的形貌分析

3.3 BGO晶体色带缺陷的成份分析

3.4 BGO晶体色带缺陷的XRD分析

3.4.1 XRD分析原理

3.4.2 BGO晶体色带的XRD分析

3.5 1#样品XRD的计算机模拟

第四章BGO晶体的色芯缺陷分析

4.1 BGO晶体的色芯缺陷的成份分析

4.2 BGO晶体的色芯缺陷的DTA分析

4.2.1差热分析及测试的基本原理

4.2.2 DDTA热分析数据处理及结果讨论

4.3 BGO晶体的色芯缺陷的微观形貌分析

4.4样品的XRD分析

4.5样品的透射电镜(TEM)分析

4.5.1 TEM成像原理

4.5.2样品的制备

4.5.3样品的衍射、衍衬像结果与讨论

第五章BGO晶体缺陷形成的微观机理分析

5.1 Bi2O3-GeO2二元相系统及其对晶体生长的影响

5.2杂质和组分挥发对熔体提拉法晶体生长的的影响

5.3影响界面稳定性的的因素

5.3.1温度分布和波动对界面稳定性的影响

5.3.2溶质浓度梯度对界面稳定性的影响

5.4 BGO晶体生长相关因素与缺陷晶体微观结构的关系

第六章结论

参考文献

附录：作者硕士期间发表的论文

致 谢