Chemically reduced lithium niobate single crystals: Processing, properties and improved surface acoustic wave device fabrication and performance

Abstract

Lithium niobate single-crystal wafers were chemically reduced using nitrogen/hydrogen atmospheres at a variety of temperatures between 350 and 750 °C. Reduced wafers were measured to have increased optical absorptivity and increased direct current (dc) electrical conductivity as a function of reduction-processing temperature. Absorptivity increases were measured larger than 1000×; conductivity could be increased by more than a factor of 105. Standard 78 MHz surface acoustic wave (SAW) filters were successfully fabricated using reduced wafers, and shown to have increased resistance to spurious pyroelectric charging effects during thermal cycling. The observed increases in optical absorptivity and dc electrical conductivity can also be expected to provide benefits for SAW device fabrication processing.

Influence of chemical reduction on optical and electrical properties of LiTaO3 crystal

“…Chemical reduction can effectively solve the above problems [11][12][13][14]. It increases the electrical conductivity and the optical absorption significantly.…”

Исследование диффузии кислорода в восстановленных кристаллах LiNbO-=SUB=-3-=/SUB=-

“…Ранее было установлено, что при восстановительной термообработке кристаллов НЛ наблюдается взаимо-связь между изменением оптического поглощения и величиной удельной электрической проводимости [24], поэтому приповерхностные слои с модифицированными оптическими свойствами в восстановленных образцах, прошедших прогрев в сухом воздухе, имеют существен-но меньшую удельную электрическую проводимость. Это позволяет применить для оценки толщины этих слоев метод импедансной спектроскопии [25].…”

Исследование стабильности электрических свойств восстановленных кристаллов LiNbO-=SUB=-3-=/SUB=-

“…За счет частичной потери образцом кислорода и образования биполяронов резко увеличиваются электрическая проводимость и оптиче-ская плотность образца [3].…”

“…Это уменьшает влияние пироэлектрического эффекта на параметры модуляторов добротности твердотельных лазеров [2] и фильтров на ПАВ [3], изготовленных из LiNbO 3 , при изменении температуры окружающей сре-ды. Наиболее эффективный (с точки зрения влияния на электрическую проводимость) восстановительный отжиг НЛ проводится либо в чистом водороде [4], либо в азотно-водородной смеси [3]. Однако и высокотемпе-ратурный отжиг НЛ в насыщенных парах воды при давлении 10−30 bar также оказывает сильное влияние на электрические свойства этого материала [5].…”