温度调控铌酸锂双晶界面的微观结构演变与相变机制及其对光电性能的影响

本研究通过热扩散键合技术制备了LiNbO3双晶体，利用像差校正透射电镜（TEM）揭示了界面LiNb3O8相的形成-演化-消失规律，结合Nb2O5-Li2O相图阐明了Li2O挥发与补充的动力学过程，为高性能光电器件（如电光调制器与光学频率梳）的稳定制备提供了关键理论依据。

　　

Highlight

本研究系统探讨了LiNbO₃双晶界面在不同温度下的微观结构演变与相变行为，揭示了LiNb₃O₈二次相的形成条件及其对光电性能的临界影响，为界面工程与器件优化提供了原子尺度的理论支撑。

Experiments（实验方法）

采用高温热扩散键合法制备LiNbO₃双晶体。以提拉法（Czochralski法）生长的（01ī0）取向LiNbO₃单晶衬底（表面粗糙度<0.150 nm）为原料，经抛光面对准后，在空气环境中以50 MPa压力、700–1000 ℃温度范围内烧结10小时完成键合。

Results and discussion（结果与讨论）

通过热扩散键合制备的LiNbO₃双晶体其界面结构显著受温度调控。在700 ℃烧结时，界面处析出LiNb₃O₈相（空间群P2₁/c）；温度升至800 ℃时，该相沿界面扩展形成连续薄膜；而当温度高于900 ℃时，LiNb₃O₈相消失，界面转变为完整的LiNbO₃单晶结构。结合Nb₂O₅-Li₂O平衡相图分析，低温下Li₂O挥发导致界面富铌环境，促使LiNb₃O₈成核；高温下体相Li₂O向界面扩散，恢复化学计量比，实现相结构重整。

Conclusion（结论）

本研究阐明LiNbO₃双晶界面相变受烧结温度动态调控：低温（≤700 ℃）诱发LiNb₃O₈析出，中温（800 ℃）形成连续界面相，高温（≥900 ℃）实现单晶愈合。该发现为LiNbO₃基光电器件（如电光调制器、非线性光学元件）及全固态电池界面修饰提供了关键的工艺指导与相稳定性策略。