[发明专利]一种面内各向异性Bi代石榴石磁光单晶薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及具有面内各向异性的Bi代石榴石磁光单晶薄膜材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着技术的发展，材料的制造工艺不断改进，与现有的磁控溅射工艺、PLD工艺以及溶胶凝胶法相比，传统的液相外延工艺(LPE)在单晶薄膜制备方面有着不可替代的作用。就磁光材料而言，Bi代石榴石磁光单晶薄膜材料在集成磁光器件，如磁光隔离器、磁光开关和磁光调制器等方面的应用日益增多。利用磁控溅射工艺生产的薄膜具有明显的Faraday效应，可以被应用于各个磁光器件，但就磁光调制器而言，不能实现较高的转换效率和较大的带宽。相较于磁控溅射和PLD溅射工艺，液相外延工艺能够获得与基片良好匹配的磁光薄膜，它不仅能够实现单晶生长，而且能够通过控制生长条件达到理想的厚度，获得具有大的Faraday角、低的光吸收系数以及近红外透明的Bi和Lu共掺杂单晶薄膜，进而能够实现磁光调制的超宽带以及高的转换效率。由于Bi3+离子本身具有很强的单轴各向异性，因此Bi带石榴石单晶薄膜材料的易磁化轴一般垂直于面内，但对于TE-TM光模式转换调制器，需要一种面内各向异性的磁光薄膜，才能实现宽带调制。因此，基于TE-TM光模式转换调制器的应用，我们设计并制备了一种面内各向异性的Bi代石榴石磁光单晶薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面内各向异性的Bi代石榴石磁光单晶薄膜的制备方法，通过液相外延工艺实现了Bi离子和Lu离子共掺杂的单晶石榴石(BiLuIG)在钆镓石榴石(GGG)衬底基片(取向为〈111〉)上的生长，实现了薄膜的面内各向异性。

本发明采用的技术方案为：一种面内各向异性的Bi代石榴石磁光单晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.配方、配料：以Lu2O3、Bi2O3、Fe2O3为原料，Bi2O3为熔剂，PbO、CaO为添加剂；根据配方：Bi_xLu_3-xIG、0<x<3，采用R因子配方法进行配料得到熔体，涉及的R因子有R0、R1、R4、R5，四个因子的关系如下：

R0=Bi2O3PbO+Bi2O3,R1=Lu2O3Fe2O3,R4=Garnet oxidesGarnet oxides+Bi2O3,R5=CaOFe2O3;]]>

步骤2.基片清洗：依次采用有机溶液、酸溶液、碱溶液以及去离子水对钆镓石榴石(GGG)基片进行分步清洗；

步骤3.加热熔体至薄膜生长温度：首先升温至1000～1100℃，保温10～12小时，然后分三次降至薄膜生长温度810～821℃，降温的温度梯度范围依次为80～140℃、90～110℃、50～70℃；

步骤4.生长过程控制：