Исследование структурного совершенства, пьезоэлектрических и акустических свойств кристалла Ca3TaGa3Si2O14

• Автор: Фахртдинов, Рашид Рашидович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор физических характеристик современных пьезоэлектрических

кристаллов для применения в акустоэлектронике

1Л. Физические свойства традиционных пьезоэлектрических кристаллов... Л

1.1.1. Кварц

1.1.2. Ниобат лития

1.1.3. Танталат лития

1.1.4. Берлинит

1.1.5. Тетраборат лития

1.1.6. Ортофосфат галлия
1.2. Кристаллы семейства галло-германата кальция
1.2.1. Общая систематизация кристаллов семейства гало-германата кальция
1.2.2. Кристаллическая симметрия кристаллов семейства галло-германата кальция
1.2.3. Взаимосвязь структуры кристаллов семейства галло-германата кальция с их свойствами
1.2.4. Свойства кристаллов семейства галло-германата кальция
1.3. Кальциевые оксибораты, легированные редкими землями
Выводы к главе
Глава 2. Синтез кристаллов КТГС и исследование структурного совершенства: измерение параметров элементарной ячейки, межплоскостных расстояний, химический состава синтезированных кристаллов методом РФА
2.1. Синтез кристаллов КТГС с высоким совершенством кристаллической структуры
2.2. Определение параметров элементарной ячейки выращенных кристаллов КТГС
II 3 В ЕЁ іь
2.3. Исследование рентгенооптических характеристик кристалла КТГС
2.4. Исследование структурного совершенства синтезированных кристаллов КТГС
2.4.1. Рентгенотопографические исследования
2.4.2. Исследования методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии
2.5. Исследование распределения элементного состава в выращенных образцах КТГС
2.5.1. Метод рентгенофлуоресцентного анализа
2.5.2. Определение распределения элементного состава методом РФА
Выводы к главе
Глава 3. Измерение независимых пьезоэлектрических констант
кристалла КТГС
3.1. Принцип измерения пьезоэлектрических модулей с использованием метода рентгеновской дифрактометрии
3.2. Измерение независимых пьезоэлектрических модулей кристалла КТГС..
Выводы к главе
Глава 4. Исследование акустических свойств методами рентгеновской дифрактометрии и топографии
4.1. Формирование ВШИ на поверхности монокристаллических образцов кристалла КТГС для исследования акустических свойств
4.2.1. Исследование дифракции рентгеновского излучения на кристалле КТГС, промодулированных ПАВ, на лабораторном источнике
4.2.2. Исследование дифракции рентгеновского излучения на кристалле КТГС,
промодулированных ПАВ, на источнике синхротронного излучения
Выводы к главе
Заключение
Список работ по теме диссертации Список цитируемой литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Начиная с 60-х годов важной и развивающейся областью науки и техники стала акустоэлектроника, изучающая возбуждение и распространение высокочастотных акустических волн и их взаимодействие с электрическими полями и электронами в твердом теле. Исторически сложилось, что разработка теории множества акустоэлектрических эффектов зачастую опережала открытие новых материалов, которые могли бы с успехом соперничать с кварцем в плане применения в акустоэлектронике. Поэтому в настоящее время развитие акустоэлектроники в основном определяется появлением новых пьезоэлектрических монокристаллов, обладающих, в зависимости от применения, всеми или несколькими из ниже перечисленных свойств: слабое затухание акустических волн, большой коэффициент электромеханической связи (Кэм), особые кристаллографические срезы с нулевым температурным коэффициентом частоты (ТКЧ) акустических колебаний, малые скорости поверхностных (ПАВ) и объемных акустических волн (ОАВ), термостабильность пьезо-упруго-диэлектрических параметров.
Кристаллический кварц уже 80 лет является основой пьезоэлектроники, однако он является слабым пьезоэлектриком (низкое значение Кэм) и имеет фазовый переход при температуре 573 °С, что стимулирует поиск новых термостабильных сильных пьезоэлектриков.
В последние несколько лет привлекательной темой исследований становится разработка датчиков для работы при высоких температурах и в агрессивных средах. Эти датчики находит применение, в частности, в сфере контроля работы газотурбинных двигателей и современных систем генерации энергии с целью повышения их производительности и улучшения эффективности. Мониторинг с использованием высокотемпературных датчиков применяют обычно для измерения давления, ускорения, химического состава, силы и вибраций, причем на высоких частотах (в диапазоне несколько МГц - десятки ГГц) зачастую нет аналогов датчикам, основанным на использовании ПАВ.

После выращивания кристаллы были подвержены высокотемпературному воздушному отжигу при 1100 °С в течение 2 суток.

Рисунок 10(а) - Кристаллизационная ячейка: 1 - кристалл; 2 -затравкодержатель; 3,13 - водоохлаждаемые штоки; 4,11 - алундовые плиты; 5,7,12 - алундовые трубы; 6 - индуктор; 8 - оксид циркониевая изоляция; 9 -тигель; 10 - расплав; 14 - затравка; (б) - ростовая установка Кристалл-ЗМ
На рисунках 11-13 представлены кристаллы КГТС, выращенные вдоль кристаллографической оси [010] и [100]. Кристаллы были выращены в одинаковых условиях. Масса кристалла составляла около 700 г, при диаметре цилиндрической части не менее 45 мм и длине не менее 120 мм. Кристаллы были бесцветны в случае использования атмосферы на основе аргона без добавок кислорода. Добавление в состав атмосферы кислорода в концентрации до 5 об. %