Ніобат літію

Ніобат літію (LiNbO₃) — хімічна сполука, змішаний оксид ніобію, літію, безбарвні кистали із ромбоедричною структурою (а = 0,547 нм, = 53,72°, просторова група R3c). Нерозчинний у воді. Не взаємодіє із кислотами окрім фтористоводневої кислоти.

Отримання

Отримують LiNbO₃ взаємодією Li₂CO₃ із Nb₂O₅ за 1050—1100 °C. Монокристали вирощують методом Чохральського.

Фізичні властивості

Кристали ніобату літію мають тригональну сигнонію й відносяться до кристалографічної точкової групи 3m C_3v). Його кристалічна структура не має центральної симетрії, тому ніобат літію є сегнетоелектриком й демонструє ефект Поккельса, п'єзоелектричний ефект, фотопружність й нелінійну оптичну поляризовуваність.

Кристали є оптично прозорими у області довжин хвиль 0,4-5,0 мкм; показник заломлення звичайного променя 2,29, незвичайного 2,20 (для довжини хвилі 0,63 мкм).

Є сегнетоелектриком із температурою К'юрі близько 1210 °C й величиною спонтанної поляризації 50—80 мкКл/см² за 300 К.

Застосування

Має високі оптично-нелінійні характеристики, тому використовується у лазерах для генерації другої гармоніки.

Ніобат літію застосовується в якості матеріалу для функціонування сегнетоелектричних елементів, оптоелетроніки (оптичні хвилеводи, кільцеві мікрорезонатори), акустоелектроніки (п'єзоелектричні перетворювачі у лініях затримки, фільтрах) й напівпровідникової електроніки (комірки енергонезалежної пам'яті FRAM). Використання плівок ніобату літію може значно спростити технологію виготовлення таких елементів й дозволити впровадити їх при виробництві простих CMOS-структур, носячи деякі доповнення у існуючу технологію.

Рідкофазна епітаксія ніобату літію може проводитися неізотермічним методом з 20 % розчином LiNbO₃ у розплаві ${\displaystyle \mathrm {LiO_{2}-V_{2}O_{5}} .}$Температура епітаксії (${\displaystyle \mathrm {900-840{}^{o}C} }$) підбирається на основі фазової діаграми псевдобінарної системи ${\displaystyle \mathrm {LiVO_{3}-LiNbO_{3}} .}$ В якості підставок використовуються монокристалічні пластини ${\displaystyle \mathrm {LiNbO_{3}} }$ й ${\displaystyle \mathrm {LiTaO_{3}} }$ орієнтації (${\displaystyle \mathrm {12{\bar {1}}0} }$) та (${\displaystyle \mathrm {0001} }$) розмірами (10х15х1) мм. Епітаксія здійснюється по капілярній технології розчину-розплаву, за рахунок змочуваності між двома паралельно встановленими підставками. Затверділий на поверхні плівки розчин-розплав при кип'ятінні у дистильованій воді легко видаляється.

Перспективним методом синтезу плівок ніобату літію є високочастотне магнетронне диспергування, яке використовується для нанесення плівок складних оксидів. Умови процесу такого диспергування (склад, тиск робочого гару, потужність й просторова неоднорідність плазмового розряду, потенціал на підставці) відкривають широкі можливості керування структурою та, зокрема, текстурою плівок складного складу.

Плівки ніобату літію товщиною до ${\displaystyle 1\mu m}$ отримують методом високочастотного магнетроного розпилення на підставках, які не підігріваються і підставках, що підігріваються (до ${\displaystyle 550\mathrm {{}^{o}C} }$). В якості мішені використовують неполіровані монокристалічні пластини LiNbO₃ орієнтації (0001), отримані методом Чохральського. Розпилення проводиться у середовищі аргону й суміші ${\displaystyle \mathrm {Ar+O_{2}} }$ (частку вмісту ${\displaystyle \mathrm {O_{2}} }$ у суміші варіювали від 20 до 30 %) за питомої потужності високочастотного розряду 15-30 ${\displaystyle W/cm^{2}.}$ В якості підставок використовують пластини монокристалічного ${\displaystyle \mathrm {Si} }$ орієнтації (001) й гетероструктури «аморфна плівка ${\displaystyle \mathrm {SiO_{2}\quad -\quad Si} }$-аморфна плівка ${\displaystyle \mathrm {SiO_{2}} }$».

Див. також

• КМОН

Примітки

1. Р.С.Мадоян, О.А.Хачатурян - Особенности доменной структуры эпитаксиальных пленок LiNbO3.
2. В.А.Дыбов, Д.В.Сериков, Г.С.Рыжкова, А.И.Донцов - Рост и субструктура пленок ниобата лития.

Література

• CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 89th Edition. — Taylor and Francis Group, LLC, 2008—2009.