Incorporation and mobility of OH- ions in LiNbO3 crystals

Abstract

The conditions for the incorporation of OH− ions on O– ion lattice sites and on interstitial sites are derived from the Li/Nb ratio and an anti‐Frenkel disorder of the LiNbO3 crystals. OH− ions substituting O– ions cause an absorption band at 2.865 μm and have a mobility of v(OHo−) = = 400 KT−1 exp (−13120 K/T) cm2/Vs. OH− ions on interstitial sites show the vibrational absorption band at 2.875 μm. Their mobility is higher than that of the OHo− ions: v(OHi−) = = 670 KT−1 exp (−12540 K/T) cm2/Vs. The absorption bands at 2.865 and 2.875 μm are connected with very weak absorptions at 2.248 and 2.255 μm, respectively. The results are discussed and compared with those for Ba2NaNb5O15 crystals.

In situ Investigation of OH-Absorption in LiNbO3and LiNbO3:MgO Crystals during Reducing/Oxidizing Annealing

“…As it can bee seen from Fig. 1, at room temperature, the spectrum represents the absorption band caused by OH − stretching vibrations characteristic for congruent LiNbO 3 [2][3][4][5][7][8][9][10]. Maximum of the band lies at around 3480 cm −1 .…”

“…From that time much work has been done on that topic. * corresponding author; e-mail: sugak@carat.lviv.ua Nevertheless, many aspects related to the OH − absorption spectra, such as site occupation of protons or the components of OH − absorption band are only partly understood [7][8][9][10]. The form of the absorption band and its maximum position are dependent on the crystals composition -congruent, stoichiometric, presence of impurities.…”

“…[2,9] it was shown that incorporation of hydrogen in the crystal can be achieved by means of crystals annealing in vapour-rich atmosphere at about 670 K. In Refs. [2,3,9] the experiments of hydrogen removing from the crystal were held during its annealing in vacuum at about 670 K. The authors consider that in this case H + -ions leave the crystal in forms of H 2 O molecules and, at the same time, crystal reduces and obtains dark color. After that one can make LiNbO 3 crystal transparent and free from hydrogen impurities by annealing it in pure oxygen atmosphere avoiding ingress of moisture.…”

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

“…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].При отжиге кристаллов НЛ в вакууме или водо-роде образец теряет некоторое количество кислоро-да, что приводит к появлению кислородных вакан-сий и (в качестве компенсаторов заряда) биполяронов Nb В процессе исследования электрической проводимо-сти объемных кристаллов НЛ, восстановленных в ат-мосфере водорода [8] и в насыщенных парах воды [7], были обнаружены эффекты, свидетельствующие о неста-бильности и деградации электрических свойств этих образцов после прогревов на воздухе до температур 423−473 K. Очевидно, такие явления ограничивают диа-пазон температур, в котором могут эксплуатироваться изделия на основе этого материала.Целью настоящей работы является изучение влияния контролируемых дополнительных прогревов в сухом воздухе на электрические свойства кристаллов НЛ, предварительно прошедших восстановительную термо-химическую обработку и выяснение причин возникнове-ния этого явления. …”

“…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].…”