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Dokumentenidentifikation DE69418119T2 23.09.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0643158
Titel Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls
Anmelder Mitsui Chemicals, Inc., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Yamada, Kazuhiro, c/o Mitsui Petrochem. Ind. Ltd., Sodegaura-shi, Chiba 299-02, JP;
Takemura, Shuji, c/o Mitsui Petrochem. Ind. Ltd., Sodegaura-shi, Chiba 299-02, JP;
Mori, Hiroshi, c/o Mitsui Petrochem. Ind.Ltd., Sodegaura-shi, Chiba 299-02, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69418119
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 08.09.1994
EP-Aktenzeichen 941140915
EP-Offenlegungsdatum 15.03.1995
EP date of grant 28.04.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.09.1999
IPC-Hauptklasse C30B 33/04

Beschreibung[de]
BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Kaliumniobat, der als optisches Element wie beispielsweise als Wellenlängen- Umwandlungselement oder als Lichtmodulationselement verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der Kaliumniobat (KNbO&sub3;)-Einkristall findet zunehmend Beachtung als nichtlineares optisches Material oder als elektrooptisches Material. Insbesondere seine Fähigkeit, Halbleiterlaserstrahlen, die monochromatische Strahlen von 860 bis 980 nm darstellen, in die um 1/2 höhere Harmonische zu konvertieren, ist so groß, dass seine Anwendung als nichtlineares, optisches Material eine intensive Beachtung findet.

Der Kaliumniobat-Einkristall kann erhalten werden durch Erhitzen einer pulverförmigen Mischung aus Kaliumcarbonat und Nioboxid (Nb&sub2;O&sub5;) auf 1050ºC oder darüber, wodurch diese geschmolzen wird, Zugabe von Impfkristallen zu der Schmelze und langsames Abkühlen der Schmelze, so dass Kristallwachstum erzielt wird, wie in T. Fukuda und Y. Uematu, J.J.A.P. 11 (1973) 163, beschrieben. Während des Abkühlens des gebildeten Kaliumniobat-Einkristalls bei ungefähr 420ºC tritt ein struktureller Phasenübergang vom kubischen System in das tetragonale System bei ungefähr 420ºC auf, und ein weiterer struktureller Phasenübergang vom tetragonalen System zum rhombischen System tritt bei ungefähr 210ºC auf. Bei Raumtemperatur wird ein Kaliumniobat-Einkristall im rhombischen System im Poly-Domain-Zustand erhalten.

Bei der Verwendung des Kaliumniobat-Einkristalls als optisches Element wie beispielsweise als Wellenlängen- Konversionselement oder als Lichtmodulationselement wird der Kaliumniobat-Einkristall üblicherweise einer Behandlung zur Umwandlung in den Single-Domain-Zustand, d. h. einer Pollierungsbehandlung, unterzogen. Bezugnehmend auf Fig. 5 umfasst diese Pollierungsbehandlung jeweils die Ausbildung einer positiven Elektrode 2 und einer negativen Elektrode 3 auf der c-Fläche 5 und der c-Fläche 6 des Kaliumniobat- Einkristalls 1 durch Beschichtung mit einer leitfähigen Paste, die ein leitfähiges Pulver wie beispielsweise Silber- oder Kohlenstoffpulver enthält, oder durch Vakuumbedampfung mit Gold oder ähnlichem, und anschließendes Anlegen eines elektrischen Feldes von mindestens 1 kV/cm zwischen den positiven und negativen Elektroden 2, 3, zwischen denen der Kaliumniobat-Einkristall 1 befindlich ist, bei ungefähr 200ºC.

In der vorliegenden Beschreibung kennzeichnet der Poly- Domain-Zustand einen Zustand, worin viele oder mehrere benachbarte Domains mit zueinander unterschiedlichen Polarisationsrichtungen ausgebildet werden. Die Umwandlung des Poly-Domain-Zustands in den Single-Domain-Zustand, in dem die Polarisationsrichtungen gleichförmig ausgerichtet sind, wird als Pollierung bezeichnet.

Die obige herkömmliche Pollierungsbehandlung weist jedoch den Nachteil auf, dass es schwierig ist, den gesamten Kaliumniobat-Einkristall zu pollieren, so dass insbesondere am Ort der negativen Elektrode des Kaliumniobat-Einkristalls eine Poly-Domain-Region zurückbleibt.

Obwohl die Poly-Domain-Region des erhaltenen Kaliumniobat- Einkristralls durch Erhöhung des an den Kaliumniobat- Einkristall angelegten elektrischen Feldes oder durch Verlängerung der Pollierung in der obigen herkömmlichen Pollierungsbehandlung geringfügig verringert werden kann, werden in unerwünschter Weise Qualitätsverschlechterungen des Kaliumniobat-Einkristalls hervorgerufen, wie beispielsweise Verfärbung, Abnahme des Widerstands und Rissbildung.

Bei der obigen herkömmlichen Pollierungsbehandlung führt das Anlegen einer relativ hohen Spannung unter Erwärmen des Einkristalls darüber hinaus trotz konstanter Spannung zu einer langsamen Erhöhung der Stromstärke. Folglich bestand das Problem, dass der Kaliumniobat-Einkristall eine Überhitzung erfuhr, wodurch dessen Bruch bewirkt wurde, oder dass ein Spannungsabfall hervorgerufen wurde, zu dem Ergebnis, dass dem Kaliumniobat-Einkristall kein wirksames elektrisches Feld angelegt werden kann, beispielsweise kann dem Kaliumniobat-Einkristall bei dessen Erwärmung auf 200ºC in der Praxis nur ein elektrisches Feld von ungefähr 1 kV/cm angelegt werden.

Bezüglich der Pollierung von ferroelektrischen Kristallen offenbaren die Seiten 830 und 831 des Crystal Engineering Handbook, veröffentlicht von Kyoritsu Shuppan Co., Ltd. (25. September 1985), eine Technik zur Pollierung eines Lithiumniobat-Einkristalls, wonach dieser zwischen Lithiumniobat-Keramiken eingeschlossen wird, und Seite 831, linke Spalte, Zeilen 7 bis 10, beschreibt, dass obwohl eine Unordnung der Domain-Struktur an der Oberfläche vorliegt, die an zahlreichen kleinen Teilen mit der Keramikoberfläche kontaktiert, ein vollständiger Single-Domain-Zustand zumindest in 0,5 mm innerhalb der Oberfläche erzielt wird. Wie aus dieser Beschreibung ersichtlich ist, kann die in dieser Veröffentlichung beschriebene Technik nicht den gesamten Einkristall in den Single-Domain-Zustand konvertieren.

JP-OS Nr. 1(1989)-172299 offenbart eine Pollierungstechnik, wonach Lithiumtantalat-Einkristall unter Verwendung pulverförmiger Niobsäuren oder eines Sinterkörpers daraus als Medium zwischen einem Paar Platinelektroden eingeschlossen wird, und zwischen den Elektroden eine Spannung angelegt wird.

Die beiden obigen Veröffentlichungen beschreiben die Pollierung von Lithiumniobat- und Lithiumtantalat- Einkristallen, jedoch ist darin keine Beschreibung enthalten, die die Pollierung eines Kaliumniobat-Einkristalls betrifft.

EP-A-377 402 beschreibt einen riss- und spannungsfreien KNbO&sub3;-Single-Domain-Kristall mit einem Eisengehalt von 15 ppm oder weniger. In dem Verfahren zur Herstellung dieses Kristalls wird der aus einer geimpften Schmelze aus Rohmaterialien erhaltenen Kristall poliert und anschließend in eine inerte Flüssigkeit oder ein inertes Gas eingetaucht, auf 120 bis 200ºC erwärmt, und dann wird an die c-Achsen- Oberflächen des Kristalls ein elektrisches Feld von 0,5 bis 5 kV/cm angelegt, wodurch die aus der vorhergehenden Polierungsbehandlung resultierenden Domains entfernt werden.

ZIEL DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Ziel ist die Beseitigung der obigen Nachteile des Standes der Technik und die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kaliumniobat- Einkristalls von hoher Qualität, der vollständig in den Single-Domain-Zustand konvertiert wurde.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst:

Abscheiden einer positiven Elektrode auf einer c-Fläche eines Einkristalls aus Kaliumniobat,

Abscheiden einer negativen Elektrode auf der anderen c- Fläche des Einkristalls aus Kaliumniobat, die der obigen c- Fläche gegenüberliegt, über einer Schicht aus einer halbisolierenden Substanz, die bei einer Temperatur im Bereich von 170 bis 220ºC einen spezifischen Widerstand von 10&sup5; bis 10¹¹ Ω · cm besitzt, so daß die Schicht aus der halbisolierenden Substanz mit der gesamten c-Fläche in Kontakt steht, und

Anlegen einer Spannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode, wodurch der Einkristall aus Kaliumniobat polliert (in den Single-Domain-Zustand konvertiert) wird.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls kann eine Schicht aus einer halbisolierenden Substanz zwischen der positiven Elektrode und der c-Fläche des Kaliumniobat-Einkristalls abgeschieden werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls illustriert;

Fig. 2 ist eine erläuternde Schnittansicht, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls illustriert;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das exemplarisch die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls vorzunehmenden Schritte darstellt;

Fig. 4 ist eine weitere erläuternde Ansicht, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kaliumnioboat-Einkristalls illustriert;

Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht, die das herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat- Einkristalls darstellt; und

Fig. 6 ist eine diagrammartige Darstellung eines Polarisationsmikrographen eines nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellten Kaliumniobat-Einkristalls.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls wird unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren dargestellt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls wird die Umwandlung in den Single- Domain-Zustand, d. h. die Pollierung des Kaliumniobat- Einkristalls 1, durch Anlegen einer Spannung zwischen der positiven Elektrode 2, die auf der c-Fläche 5 des Kaliumniobat-Einkristalls 1 abgeschieden ist, und der negativen Elektrode 3, die über der Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz auf der c-Fläche 6, die der c- Fläche 5 gegenüberliegt, abgeschieden ist, bewirkt, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt.

Beispielsweise wird der Kaliumniobat-Einkristall, der hergestellt wird durch Aufzüchten von Kristallen gemäß TSSG (Top Seeded Solution Growth) und Ausschneiden in einem vorherbestimmten Azimuthwinkel, als Werkstück zur Herstellung des Kaliumniobat-Einkristalls verwendet, der durch die Pollierungsbehandlung in den Single-Domain-Zustand konvertiert ist.

Die auf der c-Fläche 5 des Kaliumniobat-Einkristalls zur Verwendung als Werkstück abgeschiedene positive Elektrode 2 kann hergestellt werden durch Beschichten der c-Fläche 5 des Kaliumniobat-Einkristalls 1 mit einer leitfähigen Paste, die ein leitfähiges Pulver, wie beispielsweise Silberpulver oder Kohlenstoffpulver enthält, oder durch Vakuumbedampfung mit einer leitfähigen Substanz wie beispielsweise Gold oder ähnlichem.

Die negative Elektrode 3 wird über einer Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz auf der c-Fläche 6, die der obigen c-Fläche 5 gegenüberliegt, abgeschieden.

Wenn der spezifische Widerstand der Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz zu groß ist, so ist eine hohe Spannung zur Aufrechterhaltung des an das KNbO&sub3; angelegten elektrischen Feldes erforderlich. Wenn der spezifische Widerstand der Schicht 4 aus der halbisolierenden Substanz andererseits zu gering ist, kann die Schicht 4 aus der halbisolierenden Substanz die gewünschte Wirkung nicht zeigen. Daher hat die erfindungsgemäß verwendete Schicht 4 aus der halbisolierenden Substanz einen Widerstand von 10&sup5; bis 10¹¹ Ω · cm, vorzugsweise 10&sup6; bis 10&sup8; Ω · cm bei 170 bis 220ºC.

Beispiele für die zur Ausbildung der obigen Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz verwendeten halbisolierenden Substanzen schließen Gläser wie beispielsweise Natronkalk-, Borsilikat- und Aluminoborsilicatgläser, Keramiken wie Alumina, Ceroxid, Chromoxid, Hafniumoxid, Magnesiumoxid, Siliciumoxid, Titanoxid und Zirkonoxid; und Silicium, das zur Regulierung des spezifischen Widerstandes mit Verunreinigungen dotiert ist, ein.

Die obige halbisolierende Substanz kann amorph oder in Form eines Einkristalls oder Polykristalls vorliegen. Darüber hinaus kann sie ferroelektrisch sein.

Die Dicke der Schicht aus der halbisolierenden Substanz besitzt einen unteren Grenzwert, bei dessen Festlegung die zur Bereitstellung einer wirksamen elektrischen Feldverteilung zur Umwandlung des Kaliumniobat-Einkristalls in den Single-Domain-Zustand, und ferner die mechanische Festigkeit der Schicht aus der halbisolierenden Substanz berücksichtigt werden.

Wenn die Dicke der Schicht aus der halbisolierenden Substanz zu groß ist, wirkt der größte Teil der Spannung, die durch die Stromquelle geliefert wird, auf die Schicht aus der halbisolierenden Substanz ein, so dass die zur Umwandlung in den Single-Domain-Zustand erforderliche Spannung nicht mehr an dem Kaliumniobat-Kristall anliegt. Daher wird der obere Grenzwert der Dicke der Schicht aus einer halbisolierenden Substanz unter Berücksichtigung der Elektrodenoberflächenfläche, des spezifischen Widerstands der Schicht aus der halbisolierenden Substanz, der Elektrodenoberflächenfläche, der Dicke und des Widerstands des Kaliumniobat-Einkristalls, des zur Pollierung des Kaliumniobat-Einkristalls erforderlichen elektrischen Feldes und der Spannungsstärke der zur Verfügung stehenden Stromquelle bestimmt.

Unter den obigen Gesichtspunkten ist es allgemein bevorzugt, dass die Dicke der Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz im Bereich von 0,1 bis 10 mm liegt, insbesondere von 1 bis 5 mm. Die Schicht aus der halbisolierenden Substanz muß in Kontakt mit der gesamten obigen c-Fläche des Kaliumniobat- Einkristalls stehen. Die Größe der Fläche der Schicht aus einer halbisolierenden Substanz, die mit der c-Fläche des Kaliumniobat-Kristalls in Kontakt gebracht wird, kann größer sein als diejenige der obigen c-Fläche.

Erfindungsgemäß wird die Pollierung des Kaliumniobat- Kristalls 1 wie oben beschrieben durch Anlegen einer Spannung mittels einer Stromquelle 8 zwischen der positiven Elektrode 2, die auf der c-Fläche 5 des Kaliumniobat-Einkristalls 1 abgeschieden ist, und der negativen Elektrode 3, die über der Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz auf der c-Fläche 6, die der c-Fläche 5 gegenüberliegt, aufgebracht ist, unter Anwendung eines dazwischen damit verbundenen Schalters 9 bewirkt.

Bei der Pollierungsbehandlung des Kaliumniobat-Einkristalls 1 wird das elektrische Feld unter Erwärmen des Kaliumniobat- Einkristalls 1 angelegt. Wenn die Erwärmungstemperatur oder die angelegte Spannung zu niedrig ist, kann die Umwandlung in den Single-Domain-Zustand nicht zufriedenstellend sein. Wenn andererseits die Erwärmungstemperatur oder die angelegte Spannung zu hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass der Kaliumniobat-Einkristall reißt. Im allgemeinen ist es bevorzugt, dass die zwischen den positiven und negativen Elektroden 2, 3 angelegte Spannung so eingestellt wird, dass am Kaliumniobat-Einkristall ein elektrisches Feld von 2,0 bis 5,0 kV/cm anliegt, während der Kaliumniobat-Einkristall 1 auf 170 bis 220ºC erwärmt wird.

Während der Pollierung kann der Kaliumniobat-Einkristall 1 so angeordnet sein, dass die c-Achse entweder, wie in Fig. 1 gezeigt, vertikal, oder wie in Fig. 2 gezeigt, horizontal angeordnet ist. Wenn der Kaliumniobat-Einkristall 1 so angeordnet ist, dass dessen c-Achse horizontal ist, können der Kaliumniobat-Einkristall 1, die Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz und die positiven und negativen Elektroden 2, 3 zwischen Puffern 7 befindlich sein, wobei die Puffer 7 von nicht nur der Seite der positiven Elektrode 2 sondern auch von der Seite der negativen Elektrode 3 mit einer Kraft angedrückt werden, die den Kaliumniobat- Einkristall 1 daran hindert, herabzurutschen.

Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen den gegenüberliegenden beiden c-Flächen des Kaliumniobat- Einkristalls 1 ist, desto bevorzugtere Ergebnisse werden erzielt. Während des Anlegens der Spannung ist es wünschenswert, dass die Temperaturdifferenz nicht größer als 0,5ºC ist.

Die Pollierung des Kaliumniobat-Einkristalls 1 kann beispielsweise nach dem in Fig. 3 spezifizierten Verfahren durchgeführt werden.

Das heißt, (1) der Kaliumniobat-Einkristall 1, der zwischen den positiven und negativen Elektroden 2, 3 befindlich ist, wird mit einer Temperatur-Anstiegsgeschwindigkeit von T&sub1;/Δt&sub0; (beispielsweise 200ºC/h) auf eine Temperatur T&sub1; (beispielsweise 200ºC) erwärmt, und (2) diese Temperatur des Kaliumniobat-Einkristalls 1 wird beibehalten.

(3) Nach Δt&sub1; (beispielsweise 30 min) nach Erreichen der Temperatur T&sub1; des Kaliumniobat-Einkristalls 1 (beispielsweise 200ºC), wird eine Spannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode 2, 3 angelegt. Diese Spannung wird langsam innerhalb eines Zeitraumes Δt&sub5; (beispielsweise 1 min) erhöht.

(4) Nach Δt&sub2; (beispielsweise 30 min) nach dem Beginn des Anlegens der Spannung zwischen den positiven und negativen Elektroden 2, 3 wird begonnen, den Kaliumniobat-Einkristall 1 mit einer Geschwindigkeit von T&sub1;/Δt&sub3; (beispielsweise 80ºC/h) abzukühlen.

(5) Nach Δt&sub4; (beispielsweise 30 min) nach Beginn des Abkühlens des Kaliumniobat-Einkristalls wird das Anlegen einer Spannung zwischen den positiven und negativen Elektroden 2, 3 beendet. Beim Beenden des Anlegens der Spannung wird die anliegende Spannung über einen Zeitraum Δt&sub6; (beispielsweise 1 min) langsam auf eine Spannung von 0 reduziert.

In dem obigen Verfahren zur Herstellung des Kaliumniobat- Einkristalls ist die positive Elektrode 2 direkt auf der c- Fläche 5 des Kaliumniobat-Einkristalls 1 abgeschieden, wie in Fig. 1 gezeigt. Die positive Elektrode 2 kann jedoch über einer Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz auf der c-Fläche 5 des Kaliumniobat-Einkristalls 1 abgeschieden sein, wie in Fig. 4 gezeigt.

EFFEKT DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Kaliumniobat-Einkristalls ist wirksam zur Umwandlung des gesamten Kaliumniobat-Einkristalls in den Single-Domain- Zustand, ohne dass Qualitätsverschlechterungen wie Verfärbung und Verringerung des Widerstands des Kaliumniobat- Einkristalls hervorgerufen werden, und ohne dass ein Poly- Domain-Bereich in der Umgebung der negativen Elektrode zurückbleibt, was ein besonderes Problem der herkömmlichen Pollierung von Kaliumniobat-Einkristallen darstellt, da entlang der c-Achse des Kaliumniobat-Einkristalls eine ausreichende Spannungsanlegung erfolgt.

BEISPIELE

Die erfindungsgemäßen Effekte werden nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Beispiele beschrieben, die jedoch nicht als den Bereich der Erfindung beschränkend anzusehen sind.

Beispiel 1

Ein Kaliumniobat-Einkristall (Einkristall aus KNbO&sub3;) wurde gemäß dem TSSG-Verfahren gezüchtet. Kurz gesagt wurde Kalium- angereichertes KNbO&sub3;-Pulver in einen Platintiegel mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Tiefe von 80 mm gegeben und mittels Widerstandaufheizung geschmolzen. An der Oberfläche der resultierenden Schmelze wurden Impfkristalle implantiert und mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 20 bis 50 U/min wurde ein KNbO&sub3;-Einkristall herausgezogen. Aus dem erhaltenen KNbO&sub3;-Einkristall mit einer Größe von 40 · 40 · 20 mm wurde ein Einkristall von 10 · 10 · 5 mm ausgeschnitten.

Eine c-Fläche (10 mm · 5 mm) des resultierenden KNbO&sub3;- Einkristalls wurde mit einer Silberpaste beschichtet, wodurch eine positive Elektrode gebildet wurde. Eine Schicht aus einer halbisolierenden Substanz aus Natriumkalkglas mit einer Größe von 20 · 10 · 3 mm, deren eine Seite mit einer Silberpaste unter Bildung einer negativen Elektrode beschichtet wurde, wurde mit der anderen c-Fläche des KNbO&sub3;- Einkristalls der positiven Elektrode gegenüberliegend in Kontakt gebracht, so dass die negative Elektrode auf der Außenseite positioniert war. Der spezifische Widerstand des Natronkalkglases betrug 3 · 10&sup7; Ω · cm bei 200ºC.

Der resultierende KNbO&sub3;-Einkristall 1 mit einer auf der c- Fläche 5 abgeschiedenen positiven Elektrode 2 und einer negativen Elektrode 3, die über der Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz auf der c-Fläche 5 gegenüberliegenden c-Fläche 6 aufgebracht war, wie in Fig. 1 gezeigt, wurde horizontal in einen elektrischen Ofen platziert, so dass die c-Achse vertikal ausgerichtet war. Die positiven und negativen Elektroden wurden mittels eines Schalters 9 an ein Direktstromnetzgerät 8 mit variabler Spannung angeschlossen.

Anschließend wurde der KNbO&sub3;-Einkristall so erwärmt, dass dessen Temperatur innerhalb einer Stunde auf 200ºC anstieg, und diese Temperatur wurde beibehalten. 30 Minuten, nachdem die Temperatur des KNbO&sub3;-Einkristalls 200ºC erreichte, wurde eine Direktstromspannung zwischen die positiven und negativen Elektroden angelegt und langsam erhöht, so dass ein elektrisches Feld von 4 kV/cm an dem KNbO&sub3;-Einkristall anlag.

30 min nach dem Beginn des Anlegens der Spannung an die positiven und negativen Elektroden wurde die Abkühlung des KNbO&sub3;-Einkristalls mit einer Geschwindigkeit von 80ºC/h begonnen.

30 min nach Beginn des Abkühlens des KNbO&sub3;-Einkristalls wurde die angelegte Spannung an die positiven und negativen Elektroden langsam verringert und beendet.

Nach Absinken der Temperatur des so pollierten KNbO&sub3;- Einkristalls auf Raumtemperatur wurden die b- und c-Flächen des KNbO&sub3;-Einkristalls einer Spiegelpolitur unterzogen, und es wurde eine Schrägbestrahlungsbeobachtung der c-Fläche und eine polarisationsmikroskopische Beobachtung des pollierten KNbO&sub3;-Einkristalls in der Umgebung von dessen c-Fläche auf der Seite der negativen Elektrode durch dessen b-Fläche, die zur c-Fläche senkrecht steht, durchgeführt und beurteilt, ob die Konversion des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain- Zustand durch die Pollierungsbehandlung bewirkt wurde oder nicht.

Anschließend wurde der KNbO&sub3;-Einkristall bei Raumtemperatur in eine flüssige Mischung aus HF und HNO&sub3; bei Raumtemperatur eingetaucht. Ob ein Poly-Domain-Bereich in dem pollierten KNbO&sub3;-Einkristall zurückblieb, wurde aus dem resultierenden Ätzmuster des KNbO&sub3;-Einkristalls bestimmt.

Als Ergebnis wurde die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain-Zustand durch das Pollieren bestätigt. Beispielsweise wurde durch die polarisationsmikroskopische Beobachtung des pollierten Einkristalls in der Umgebung von dessen c-Fläche auf der Seite der negativen Elektrode durch dessen b-Ebene (b-Fläche), die zu der c-Fläche senkrecht steht, herausgefunden, dass der obige pollierte Einkristall in der Umgebung der c-Fläche eine von Dichteungleichförmigkeiten freie, reine Farbe aufwies. Das kennzeichnet den Single-Domain-Zustand, in den der KNbO&sub3;- Einkristall während des Pollierens gleichförmig in Richtung des angelegten elektrischen Feldes polarisiert wurde.

Beispiel 2

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Pollierungstest für den KNbO&sub3;-Einkristall durchgeführt, mit dem Unterschied, dass eine Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz aus Natronkalkglas mit einer Größe von 20 · 10 · 3 mm, dessen eine Seite mit einer Silberpaste beschichtet wurde, wodurch eine positive Elektrode gebildet wurde, mit der c-Fläche 5 des KNbO&sub3;-Einkristalls 1 so verbunden wurde, dass die positive Elektrode nach außen zeigte, wie in Fig. 4 angegeben. Anschließend wurde ausgewertet, ob die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain-Zustand durch die Pollierungsbehandlung bewirkt wurde oder nicht.

Als Ergebnis wurde bestätigt, dass durch das Pollieren die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain- Zustand bewirkt wurde.

Beispiel 3

In der gleichen Weise wie in Beispiel 2 wurde ein Pollierungstest für den KNbO&sub3;-Einkristall durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Erwärmung des KNbO&sub3;-Einkristalls auf 220ºC durchgeführt und das an den KNbO&sub3;-Einkristall angelegte elektrische Feld auf 2 kV/cm eingestellt wurde. Anschließend wurde ausgewertet, ob die Umwandlung des KNbO&sub3;- Einkristalls in den Single-Domain-Zustand durch die Pollierungsbehandlung bewirkt wurde oder nicht.

Als Ergebnis wurde bestätigt, dass durch das Pollieren die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain- Zustand bewirkt wurde.

Beispiel 4

In der gleichen Weise wie in Beispiel 2 wurde ein Pollierungstest für den KNbO&sub3;-Einkristall durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Erwärmung des KNbO&sub3;-Einkristalls auf 220ºC durchgeführt und das an den KNbO&sub3;-Einkristall angelegte elektrische Feld auf 5 kV/cm eingestellt wurde. Anschließend wurde ausgewertet, ob die Umwandlung des KNbO&sub3;- Einkristalls in den Single-Domain-Zustand durch die Pollierungsbehandlung bewirkt wurde oder nicht.

Als Ergebnis wurde bestätigt, dass durch das Pollieren die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain- Zustand bewirkt wurde.

Beispiel 5

In der gleichen Weise wie in Beispiel 2 wurde ein Pollierungstest für den KNbO&sub3;-Einkristall durchgeführt, mit dem Unterschied, dass die Erwärmung des KNbO&sub3;-Einkristalls auf 170ºC durchgeführt und das an den KNbO&sub3;-Einkristall angelegte elektrische Feld auf 5 kV/cm eingestellt wurde. Anschließend wurde ausgewertet, ob die Umwandlung des KNbO&sub3;- Einkristalls in den Single-Domain-Zustand durch die Pollierungsbehandlung bewirkt wurde oder nicht.

Als Ergebnis wurde bestätigt, dass durch das Pollieren die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain- Zustand bewirkt wurde.

Beispiel 6

Aus dem wie in Beispiel 1 erhaltenen KNbO&sub3;-Einkristall mit einer Größe von 40 · 40 · 20 mm wurde ein Einkristall mit einer Größe von 30 · 6 · 6 mm ausgeschnitten.

Eine c-Fläche (30 · 6 mm) des resultierenden KNbO&sub3;- Einkristalls wurde mit einer Silberpaste beschichtet, wodurch eine positive Elektrode gebildet wurde. Eine Schicht aus einer halbisolierenden Substanz aus Natronkalkglas mit einer Größe von 40 · 20 · 3 mm (3 mm: Dicke), deren eine Seite mit einer Silberpaste unter Bildung einer negativen Elektrode beschichtet wurde, wurde mit der anderen c-Fläche des KNbO&sub3;- Einkristalls, die der positiven Elektrode gegenüberliegt, so kontaktiert, dass die negative Elektrode nach außen zeigte. Der spezifische Widerstand des Natronkalkglases betrug 3 · 10&sup7; Ω · cm bei 200ºC.

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde mit dem KNbO&sub3;- Einkristall ein Pollierungstest durchgeführt, mit dem Unterschied, dass der resultierende KNbO&sub3;-Einkristall, der eine positive Elektrode, die auf einer c-Fläche abgeschieden war, und eine negative Elektrode, die über einer Schicht aus einer halbisolierenden Substanz auf der der obigen c-Fläche gegenüberliegenden c-Fläche abgeschieden war, aufwies, so in einem Ofen platziert wurde, dass die c-Achse horizontal ausgerichtet war, wie in Fig. 2 gezeigt. Dann wurde bestimmt, ob die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single- Domain-Zustand durch die Pollierungsbehandlung bewirkt wurde oder nicht. Während der Pollierung des KNbO&sub3;-Einkristalls wurden der Kaliumniobat (KNbO&sub3;)-Einkristall 1, die Schicht 4 aus einer halbisolierenden Substanz und die positiven und negativen Elektroden zwischen Silicongummiteilen (Puffer 7) eingeklemmt, wobei diese sowohl auf der rechten als auch der linken freien Seite mit geeigneter Kraft unter Verwendung eines Presswerkzeuges (nicht gezeigt) angedrückt wurden.

Als Ergebnis wurde die Umwandlung des KNbO&sub3;-Einkristalls in den Single-Domain-Zustand durch die Pollierung bestätigt.

Vergleichsbeispiel 1

Die beiden einander gegenüberliegenden c-Flächen eines Kaliumniobat-Einkristalls wurden mit einer Silberpaste beschichtet, wodurch Elektroden gebildet wurden, die mit einem Direktstromnetzgerät verbunden wurden.

Ein Versuch, den Kaliumniobat-Einkristall in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 zu pollieren, zeigte, dass eine Zunahme der Spannung des Netzgerätes eine nicht lineare Zunahme der Stromdichte hervorrief, wodurch eine Abnahme des effektiven Widerstandswertes hervorgerufen wurde. Folglich konnte in dem obigen Verfahren das an den Kaliumniobat- Einkristall angelegte elektrische Feld nicht auf ein Level angehoben werden, das der Zunahme der Spannung des Netzgerätes proportional war.

Tatsächlich konnte die obige Pollierung des Kaliumniobat- Einkristalls unter Erwärmen nur ein elektrisches Feld von ungefähr 1 kV/cm am Kaliumniobat-Einkristall erzeugen, wenn der Kaliumniobat-Einkristall auf 200ºC erwärmt wurde. Folglich wurde die Pollierung bei 200ºC mit einem elektrischen Feld von 1 kV/cm durchgeführt.

Als Ergebnis zeigte die Beobachtung mittels eines Polarisationsmikroskops in dem pollierten Kaliumniobat- Einkristall die Gegenwart eines Poly-Domain-Bereiches bis in ungefähr 5 mm auf der b-Fläche, die zu der c-Fläche senkrecht ist, und in der Umgebung der c-Fläche auf der Seite der negativen Elektrode. Das Ergebnis der Beobachtung ist diagrammartig in Fig. 6 dargestellt.

Fig. 6 zeigt eine diagrammartige Darstellung eines Polarisationsmikrographen des pollierten Kaliumniobat- Einkristalls in der Umgebung von dessen c-Fläche auf der Seite der negativen Elektrode durch dessen b-Fläche, die zur c-Fläche senkrecht steht. Wie in Fig. 6 gezeigt, befinden sich in der Umgebung der c-Fläche auf der Seite der negativen Elektrode Lichter und Schatten, die durch sphäroidale Umrisse getrennt sind. Schwarze Teile (Schatten) in Fig. 6 kennzeichnen eine Polarisierung, die von der Richtung des elektrischen Feldes während des Pollierens abweichen, im Gegensatz zu den weißen Teilen (Lichter) in Fig. 6. In diesem Vergleichsbeispiel liegen die herausragenden Kanten der sphäroidalen Schatten (die in Fig. 6 nahezu auf der gebrochenen Linie liegen) ungefähr 5 mm der innerhalb der obigen c-Fläche, und die Umrisse, die diese Lichter und Schatten voneinander trennen, sind gegenüber der c-Fläche in einem Winkel von ungefähr 45º geneigt.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls aus Kaliumniobat, das folgendes umfaßt:

Abscheiden einer positiven Elektrode auf einer c-Fläche eines Einkristalls aus Kaliumniobat,

Abscheiden einer negativen Elektrode auf der anderen c- Fläche des Einkristalls aus Kaliumniobat, die der obigen c-Fläche gegenüberliegt, über einer Schicht aus einer halbisolierenden Substanz, die bei einer Temperatur im Bereich von 170 bis 220ºC einen Widerstand von 10&sup5; bis 10¹¹ Ω · cm besitzt, so daß die Schicht aus der halbisolierenden Substanz mit der gesamten c-Fläche in Kontakt steht, und

Anlegen einer Spannung zwischen der positiven und der negativen Elektrode, wodurch der Einkristall aus Kaliumniobat polliert (in den Single-Domain-Zustand konvertiert) wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die positive Elektrode auf der einen c-Fläche des Einkristalls aus Kaliumniobat auf einer Schicht aus einer halbisolierenden Substanz abgeschieden wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Einkristall aus Kaliumniobat während des Anlegens der Spannung zwischen der positiven und negativen Elektrode auf 170 bis 220ºC erwärmt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der Einkristall aus Kaliumniobat so angeordnet ist, daß der Einkristall aus Kaliumniobat eine vertikale c-Achse aufweist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin das Kaliumniobat, die Schicht aus einer halbisolierenden Substanz und die positive und die negative Elektrode in einer Sandwich-Struktur zwischen Puffern eingeschlossen sind, die individuell auf den Außenseiten der Elektroden bereitgestellt sind, und worin der Einkristall aus Kaliumniobat so angeordnet ist, daß der Einkristall aus Kaliumniobat eine horizontale c-Achse aufweist.







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