Abstract
In this study, a series of $LiNbO_{3}$ crystals with different [Li]/[Nb] ratios, congruent $LiNbO_{3}$ crystals with doped Mg and with Mg and codoped with Mn were grown by the Czocharalski method. These were investigated by UV and IR spectrophotometry. Stoichiometry dependences of the UV absorption edge and the $OH^{-}$ absorption spectra were studied with different [Li]/[Nb] ratios. The position of the UV absorption edge adn the shape and peak point of the $OH^{-}$ absorption spectra changed monotonously upto a critical concentration of Mg ions. The mechanism of the incorporation of Mg ions changes at this concentration. The decomposition of the $OH^{-}$ absorption spectra using a Gaussian lineshape function showed that in Li-deficient crystals the absorption spectra consist of five components in contrast to more or less perfect stoichiometric crystals which reveal to three components. On the basis of these results, the intrinsic and the extrinsic defect structure models in $LiNbO_{3}$ crystals were examined. The behaviour of $\nu$ (OH) reflects the defect structure and supports the Li-site vacancy model as the intrinsic defect structure model and the corresponding extrinsic defect model. A brief discussion is also given of the behaviour of $\nu$ (OH) in $LiNbO_{3}$ crystals simultaneously doped with several kinds of impurity.
고주파로의 이용한 Czocharalski 법으로 congruent$(R_{m}=R_{c}=0.945)$, stoichiometric$(R_{m}=1,\;R_{c}=0.957)$, Li-rich$(R_{m}=1.202,\;R_{c}=0.989)$, congruent한 조성에 $K_{2}O$를 6 wt% 첨가한 $LiNbO_{3}$ 등의 순수한 단결정들과 congruent한 조성에 Mg와 Mn을 불순물로 첨가한 $LiNbO_{3}:Mn(0.1\;mole%),\;LiNbO_{3}:Mg(4.5,\;6.0,\;10.0\;mole%),\;LiNbO_{3}:(Mg(4.5,\;6.0,\;10.0\;mole%)+Mn(0.1\;mole%))$ 단결정들을 결정의 c.축 방향으로 성장시켰다. 실온데서 UV 스펙트럼과 IR 스펙트럼을 측정한 결과 UV 흡수단과 $OH^{-}$ 흡수 스펙트럼은 [Li]/[Nb] 비에 따라 변화한다. 또 첨가한 Mg, Mn 불순물들의 영향을 받는데 UV 흡수단의 위치와 $OH^{-}$ 흡수 스펙트럼의 위치, 모양이 Mg의 첨가량에 크게 의존하며 이는 Mg의 첨가량에 따라 이 이온의 결정내 위치가 달라지기 때문이다. 순수한 단별정들에 대한 $OH^{-}$ 흡수 스펙트럼을 Gaussian 선모습 함수를 써서 3, 5 개의 성분 스펙트럼으로 분해한다. 이 결과를 설명하기 위한 $LiNbO_{3}$ 단결정내의 배내, 배외 결함 구조에 대한 논의로 부터 Li 빈자리 모델이 결함 구조를 설명하는데 적합하다는 결론을 내렸고 이들 불순물 이온의 결정내의 위치도 정한다. 또한 결함 구조에 대한 본 연구의 결론을 이용하여 최근의 다른 연구자들의 실험 결과도 설명한다.
