Монокристаллический материал на основе танталата калия- лития и способ его получения

 

Изобретение относится к химическому синтезу монокристаллов на основе танталата калия-лития и может быть использовано в оптических затворах и модуляторах, а также в СВЧ-резонаторах. Обеспечивает расширение температурного диапазона двулучепреломления при снижении диэлектрических потерь tg «5 и низком температурном коэффициенте диэлектрической проницаемости ТКе . Материал имеет тетрагональную структуру и формулу Ко.5-о,7з1-1о.27-о,5ТаОз. Кристаллы выращивают из расплава шихты, содержащей исходные компоненты, при его охлаждении и вытягивании на вращающуюся затравку. Шихта имеет следующий состав, мас.%1 К2СОз 18,0-22,8; ШСОз 4,5-6,9,TaaOs 72,3- 75,5. Монокристалл имеет ТКс град-1, 10 3 при К. 2 с.п.ф-лы, 3 ил

C0i0S COBETCKNX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК

I (н)з С 30 В 15/00, 29/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4?64621/26 (22) 20.04.89 (46) 23.11.91. Бюл. N. 43 (71) Институт полупроводников АН УССР (72) И.Н.Гейфман и Б.К.Круликовский (53) 621.315.592(088.8) (56) Van der КИПЕ I.!., Rytz D. Growth of

К -х1 1хТаОз crystals by à slow-cooling

method. -АCryst.Growth, 1982, 56, р. 673676. (54} МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ТАНТАЛАТА КАЛИЯ-ЛИТИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к химическому синтезу монокристаллов на основе танталата калия-лития и может быть использовано

Изобретение относится к области химического синтеза монокристаллов на основе танталата калия-лития и может быть использовано в оптических затворах и модуляторах, а также в СВЧ-резонаторах.

Цель изобретения — расширение температурного диапазона двулучепреломления при снижении диэлектрических потерь и низком температурном коэффициенте диэлектрической проницаемости.

На фиг.1-3 приведены дифрактограммы составов Ко.75: Ио,г5ТаОз,, K0,3:0о,7ТаОз и стехиометрического Ко,s:Ио,4ТаОз соответственно.

На фиг.1 и 2 видны дополнительные рефлексы, соответствующие выпадению другой фазы.

fl р и м е р. Для получения монокристалла берут шихту, содержащую, мас.: карбонат калия К СОз 20,4: карбонат лития 1гСОз 5,7;

„„Я2„„1693134A l в оптических затворах и модуляторах, а также в СВЧ-резонаторах. Обеспечивает расширение температурного диапазона двулучепреломления при снижении диэлектрических потерь щ д и низком температурном коэффициенте диэлектрической проницаемости ТКР.. Материал имеет тетрагональную структуру и формулу

Ко.5-0,7з0о,27-о,5ТаОз. Кристаллы выращивают иэ расплава шихты, содержащей исходные компоненты, при его охлаждении и вытягивании на вращающуюся затравку.

Шихта имеет следующий состав, мас.$:

КгСОз 18,0 — 22,8; ОгСОз 4,5 — 6,9;Таг05 72,375,5. Монокристалл имеет ТКе 10 град-", tgB< 10 з при Т=300 К. 2 с.п.ф — лы, 3 ил. пятиокись тантала Taz0s 73,9, тщательно перемешивают и заключают в платиновый тигель. Расплавляют шихту и путем снижения температуры выращивают кристалл на затравку, вращающуюся со скоростью 10 об./мин. Стехиометрический состав содержания в монокристалле следующий. мас.g:

Калий К 9,2

Литий Ll 1,1

Тантал Та 70,9

Кислород О 18,8

Полученный монокристалл предназначен для использования в качестве электрооптического модулятора. Он содержит все известные компоненты, но их концентрации отличаются, особенно существенно отличаются концентрации калия и лития. Возможно .значительное отклонение содержания карбонатов калия и лития в шихте. Однако эти отклонения связанные, T.å. при уменьшении содержания карбоната калия следу8Т ув8личить долIo карбонзта лития и наоборот.

При выходе за указанные интервалы рост монокристаллов невозможен. Доказа" тельством являются рентгеноструктурные исследования, показывающие., что при выходе эа эти границы выпадает вторая фаза, Изучение дифрактограмм показывает, гго симметрия нового соединения тетрагонзльная. За счет тетрагональной симметрии появляется аниэотропия TGKMx физических свойств, как диэлектрическая проницаемость, возникает двулучепреломление (Вследствие анизотрОпии Оптических свойств). НQBQ8 соединение образовалось потому, что именно при такой его структуре энергия связи атомов минимальна. Структура же. Монокристалла-аналога — кубическая во всем интервале твмператур, а симметрия монокристалла — прототипа-кубическая при температуре по крайней мере выше температуры перехода (Т>Т = 116К). Поэтому при обычных температурах (комнатные температуры) иэ-за высокой симметрии невозможно получить двулучепреломление.

Диэлектрические потери снижаются по сравнени1о с монокристаллом-прототипом потому, что полученный монокристалл являегся химическим соединением, в то время как монокристалл-прототип является твердь1м раствором, в котором ионы лития находятся в нецентральном положении и их деижение между эквивалентными положениями приводит к дополнительным потерям (диэлектрическим), Ионы полученного соединения имеют устойчивые положения.

Устойчивость ионов в своих положениях обусловливае и более слабую темпераI ypnyIo зависимость диэлектрической проницаемости rIQ .сравнению с монокристаллом-прототипом, когда подвижность ионов лития (и обусловленная их движением диэлектрическая проницаемость) существенно завис 1т от температуры, Расшире11118 температурного диапазона двулучепре/ Рмл8ния rIpII снижении диэ л BKTpM÷8ñKèõ потерь и низком температурном коэффициенте диэлектрической проницаемости обеспечивается образованием низ осимметричной структуры не за счет эамопаживания при определенной температурп (Т,) ионов, ка:.: в случае м энокристалла-прототипа, а за счет синтеза

НОвого соединен11я, имеющего низкую симметрию (и, следовательно, аниэотропные ф 1зические свойства) при кристаллизации.

Элементами структуры здесь являются искаженные октаэдры, пентагочальные и

30 трехшапочные призмы, образованные из ионов кислорода, окружающих соответственно ионы Та, К+ и L! . Таким образом, за счет образования новых связей ионов К и

0 с ионами О возникла возможность расширения температурного диапазона двулучепреломления (в монокристаллепрототипе абразу1отся лишь танталовые октаэдры и калиевые или литиевые додекаэдры), Упрощение предлагаемого монокристалла в применении обусловлено ликвидацией операций, необходимых и ри использовании хлздоаге11тов, таких; как поиск течей и др.

При использовании монокристалла исключается производство хладоагентов и криor8íHî8 оборуцавание, в том числе оптические криостаты, изготовление которых особенно сложно, так как возникают часто течи в. соединении металл-стекло.

Таким образом, предлагаемый монокристалл позволяет создать модулятор света, работающий как при низких температурах; так и при температурах выше комнатной без использования вторичного оборудования и необходимых для его применения веществ

Двулучепреломление проявляется при исследовании монокристалла с помощью поляризационного микроскопа при Т=77 К и при 7=-300 К. Прямое измерение показателей преломления по отклонению обыкновенного и необыкновенного лучей света лазера Л Г-38 показывает, что Л h=-0,02 (причем по=2,2), Преломляющий угол призмы со- ставляет 20 .

Измерение с помощью моста переменного тока Е 7-8 на частоте 1 КГц те ператур40 ной зависимости диэлектрической проницаемости и таад показало, что диэлектрические потери нового соединения малы.

Так, при Т=ЗОО К тцд< 10 и даже в области фазового перехода при T=77 К тцд=.10, а

45 температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКе 10 град, Другие составы в пределах предлагаемого соотношения ингредиентов в шихте показывают близкие к измеренным характе50 ристики, но прозрачность кристаллов ухудшается, что уменьшает интенсивность проходящего света (на границах указанных пределов интенсивность проходящего света падает на 25%).

55 Предлагаемая шихта монокристалла для злектрооптического модулятора, сохраняя возможность работы при низких температурах, обладает следующими технико-экономическими преимуществами, 1693134

Упрощается применение, так как отпадают операции, связанные с подготовкой к работе с криогенными жидкостями, исключается, необходимость производства хладоагентов для использования монокристалла, а также исключается криогенное оборудование, в том числе оптические криостаты,.изготовлеwe которых особенно сложно.

Новое соединение может найти широкое применение в ювелирной промышленности. где будет использоваться возможность получать различные цвета и оттенки монокристаллов с помощью легирования, а также, увеличив коэффициент преломления различными добавками, добиться полного внутреннего отражения-кристаллы будут сверкать.

Формула изобретения

1. Монокристаллический материал на основе танталата калия — лития для электрооптических модуляторов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения температурного диапазона двулучепреломления при снижении диэлектрических потерь и низком температурном коэффициенте диэ4,5 — 66,9 лектрической проницаемости, материал имееттетрагональную структуру и содержит компоненты в соотношении, соответствующЕМ фОРМулЕ ВО,5-О.7ЗОО2?-ОЛТаОЗ.

5 2. Способ получения монокристаллического материала на основе танталата калиялития, включающий нагрев и плавление шихты., содержащей исходные компоненты, охлаждение расплава и вытягивание из него

10 монокристалла на вращающуюся затравку, о т л-и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона двулучепреломления при снижении диэлектрических потерь и низком температурном

15 коэффициенте диэлектрической проницаемости, используют шихту, содержащую карбонат калия, карбонат лития и пятиокись тантала при следующем их соотношении, мас. :

2Q Карбонат калия

К2СОз 18,0-22,8

Карбонат лития

LIzC0g

Пятиокись тантала

25 Та206 72,3-75,5

Составитель В. Безбородова

Редактор Н. Яцола Техред M.Moðãåèòàë Корректор О. ципле

Заказ 4055 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5

Производственно издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101