[发明专利]一种单晶石榴石厚膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石榴石厚膜的制备方法，具体涉及一种液相外延法生长单晶石榴石厚膜的方法。

背景技术

磁光器件是指利用外加磁场的调制方式以及磁光效应的特性得到的光学器件，已广泛应用于光纤通信、计算机技术、光信息处理等领域。目前，常用的磁光器件以体型器件为主，核心部件采用磁光玻璃，使得磁光器件具有体积重量大、稳定性差、无法互联集成等缺点，限制了其广泛应用。随着钇铁石榴石、稀磁半导体等磁光材料的不断发现，磁光薄膜已广泛应用于磁光器件中，实现了磁光器件的平面化。然而，目前制备的磁光薄膜的厚度较薄，整体薄膜的磁光法拉第角无法达到45度，限制了其在磁光器件中的应用，因此，对磁光厚膜的研制技术的需求已迫在眉睫。

传统的薄膜制备方法，如磁控溅射、脉冲激光沉积、金属有机气相沉积等方法均不能实现厚膜的制备，液相外延是由溶液中析出固相物质并沉积在衬底上生成单晶薄层的方法，有望实现厚膜的制备。但是液相外延生长厚膜时容易出现表面粗糙、熔体附着、基片碎裂等问题，可实用化的单晶磁光厚膜的制备方法一直是一大研究难点。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种单晶石榴石厚膜的制备方法，得到的单晶石榴石厚膜可作为磁光厚膜应用。该方法得到的磁光厚膜的厚度为40μm以上，且薄膜结构致密、表面平整，是一种可应用于磁光器件的良好材料。

本发明的技术方案如下：

一种单晶石榴石厚膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：准确称量Tm₂O₃、Ga₂O₃、Fe₂O₃、Bi₂O₃原料，其中，Tm₂O₃、Ga₂O₃、Fe₂O₃、Bi₂O₃的摩尔比为1：1：9.62：52.12；混料；熔料；

步骤2：清洗基片；

步骤3：将步骤2清洗后的基片放入熔体中，控制基片转速为60转/分，在935℃降到930℃的过程中生长薄膜，生长完成后，清洗去除残留，得到本发明所述单晶石榴石厚膜。

进一步地，步骤1的具体过程为：准确称量Tm₂O₃、Ga₂O₃、Fe₂O₃、Bi₂O₃原料，其中，Tm₂O₃、Ga₂O₃、Fe₂O₃、Bi₂O₃的摩尔比为1：1：9.62：52.12；研磨混合后置于铂坩埚中，在1050～1080℃下熔化20～24h，然后在950～960℃下搅拌10～12h，混合均匀，得到熔体。

进一步地，步骤2所述基片为钆镓石榴石(GGG)基片，清洗基片的具体过程为：将钆镓石榴石基片依次在去离子水中超声清洗两次、在丙酮中超声清洗两次、在酒精中超声清洗两次；然后在体积比为1:1的浓硫酸和硝酸的混合液中煮沸10～30min；最后采用去离子水冲洗基片3～5次，烘干备用。

进一步地，步骤3的具体过程为：将步骤2清洗后的基片放入熔体中，控制基片转速为60转/分，在由935℃降到930℃的过程中生长薄膜，生长完成后，将基片快速提离熔体液面；将上步得到的基片以180～200转/分的速率高速旋转，以甩掉基片上的残留熔体，然后从外延炉中缓慢取出基片以避免由于热膨胀引起的薄膜开裂；最后将得到的带薄膜的基片在热醋酸中清洗以去除残留的助熔剂，得到本发明所述单晶石榴石厚膜。

进一步地，上述由935℃降到930℃的过程中的降温速率为0.08～0.1℃/min。

本发明还提供了上述方法得到的单晶石榴石厚膜作为磁光薄膜应用于磁光器件中。

本发明的有益效果为：

1、本发明得到的单晶石榴石厚膜与基底之间的晶格常数和热膨胀系数匹配度好，为单晶态；薄膜的结构均匀，厚度可达40μm以上；且薄膜的结构致密、表面平整，是一种可应用于磁光器件的良好材料。