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研究生： 林昌期
Chung-Chi Lin
論文名稱： 摻雜氧化鎂於化學劑量鈮酸鋰晶體之晶纖生長
MgO:SLN Crystal Growth by LHPG
指導教授： 陳志臣
Jyh-Chen Chen
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 59
中文關鍵詞： 鈮酸鋰 、晶體生長
外文關鍵詞： Crystal growth, SLN
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    • 摘要
    在光電產業中，單晶(single crystal)因其非線性、壓電、熱電、光電係數及光折特性，使其扮演著舉足輕重的腳色，但是現有的材料特性逐漸無法滿足工商社會的需求，所以藉由材料製程改善，後製程(post-process)處理，乃至於添加不同元素於母材都能有效地改善晶體性質。
    因鈮酸鋰(LiNbO3,LN)晶體之光損傷閥值(optical damage threshold)不夠高，導致較高功率密度的光打入晶體時產生光損傷(optical damage)而使其性能降低；另因折射率的不均質性，影響其在光學儲存影像之品質。有鑑於此，摻雜不同元素於鈮酸鋰中也陸續被研究，本實驗是利用雷射加熱基座生長法(Laser-Heated Pedestal Growth),生長不同含量氧化鎂之化學劑量組成(stoichiometric)鈮酸鋰晶纖，利用氧化鎂可增強其晶體本身抗光損傷的能力、縮短光儲存的響應時間與改善因折射率不均而造成光散射所導致的光畸變，可使其整個光折效應獲得相當的提升,擴大晶體在倍頻,Q開關,電光調制與光波導等領域的應用。
    此實驗結合精密陶瓷製作與材料合成，利用晶纖能快速生長的特性，並進行多項光學與定性定量的檢測分析,對於摻雜氧化鎂後,鎂離子偏析現象與光折變能量變化進行探討,迅速了解新材料特性，不僅可以做成商業化塊晶生長之參考，以及測試晶體之來源，更可經由對晶體基本性質之了解，推廣開發新的應用技術，以符合各種要求。

    MgO:SLN Crystal Growth by LHPG

    目錄 第一章 緒論 1.1 前言……………………………………………………………1 1.2材料簡介與摻雜機制 …………………………………………2 1.3文獻回顧 ………………………………………………………3 1.4 化學劑量鈮酸鋰生長方式……………………………………6 1.5研究動機與目的 ………………………………………………7 第二章 材料準備與實驗設備 2.1化學劑量鈮酸鋰摻雜氧化鎂陶瓷的製作……………………10 2.2實驗設備………………………………………………………10 2.2.1 CO2雷射加熱系統 ……………………………………11 2.2.2 光學組件系統…………………………………………11 2.2.3 拉升傳動………………………………………………12 2.2.4 溫度量測………………………………………………12 2.3長晶過程 ……………………………………………………12 2.4 晶體後續處理及檢測…………………………………………13 第三章 結果與討論 3.1化學劑量鈮酸鋰摻雜氧化鎂晶纖生長 ………………………17 3.2 檢測結果 3.2.1陶瓷密度製程改善 ……………………………………19 3.2.2 X光粉末繞射(XRD)之定性檢測 ……………………20 3.2.3 光學顯微鏡(OM)對晶纖的觀察 ……………………20 3.2.4掃描式電子顯微鏡(SEM)檢測 ………………………21 3.2.5傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)檢測………………22 3.2.6 化學分析電子儀(ESCA)檢測鎂原子之偏析現象 …25 第四章 結論 …………………………………………………………29 參考文獻 ……………………………………………………………31 圖表目錄 圖 1-1 LiNbO3晶格結構 ……………………………………………36 圖 1-2 Li2O – Nb2O5的系統相圖 …………………………………37 圖 1-3 CLN與SLN相圖 ……………………………………………38 圖 1-4 CLN穿透峰值[23] …………………………………………39 圖 1-5 CLN穿透峰值[25] …………………………………………39 圖 1-6 F.T.I.R吸收光譜[26] ……………………………………40 圖 1-7 雙坩鍋柴式生長法相圖 ……………………………………40 圖 2-1 陶瓷製作流程 ………………………………………………41 圖 2-2 粉末煆燒溫度 ………………………………………………42 圖 2-3 陶瓷燒結溫度示意圖 ………………………………………42 圖2-4 粉末、陶瓷與材料棒 ………………………………………43 圖2-5 雷射加熱晶體生長提拉系統…………………………………43 圖2-6 壓片法流程……………………………………………………44 圖3-1 SLN晶體………………………………………………………45 圖3-2 0.3 mol%Mg0:SLN晶體………………………………………45 圖3-3 1 mol%Mg0:SLN晶體…………………………………………45 圖3-4 3 mol%Mg0:SLN晶體…………………………………………46 圖3-5 5 mol%Mg0:SLN晶體…………………………………………46 圖3-6 陶瓷密度改善 ………………………………………………47 圖3-7 XRD檢測(各種配比)…………………………………………47 圖3-8 良好的陶瓷胚體………………………………………………48 圖3-9 過燒且翹曲的陶瓷胚體………………………………………48 圖3-10 良好的陶瓷胚體在OM下觀察………………………………49 圖3-11 過燒陶瓷胚體在OM下觀察…………………………………49 圖3-12 A軸晶體在OM觀察 …………………………………………50 圖3-13 C軸晶體在OM觀察 …………………………………………50 圖3-14 燒結良好的陶瓷在SEM下觀察 ……………………………51 圖3-15 晶粒過度成長的陶瓷在SEM下觀察…………………………51 圖 3-16 F.T.I.R設備示意圖 ………………………………………52 圖3-17 MgO:SLN之F.T.I.R指紋區細部掃描 ………………………52 圖3-18 SLN之F.T.I.R吸收光譜……………………………………53 圖3-19 1mol%SLN之F.T.I.R吸收光譜 ……………………………53 圖3-20 3mol%:SLN之F.T.I.R吸收光譜……………………………54 圖3-21 5mol%:SLN之F.T.I.R吸收光譜……………………………54 圖3-22 穿透能量檢測示意圖 ……………………………………55 圖3-23 MgO:SLN之紅外光能量穿透量………………………………55 圖3-24 MgO: SLN之ESCA全譜圖……………………………………56 圖3-25 Mg:CLN之細部原子分析[33] ………………………………57 圖3-26 MgO: SLN之ESCA鎂離子偏析圖-1…………………………58 圖3-27 MgO: SLN之ESCA鎂離子偏析圖-2…………………………59

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