[发明专利]一种铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜制备方法

说明书

本发明属于磁性石榴石单晶膜制备领域，具体提供一种铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜制备方法，用于解决液相外延生长的铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜容易产生晶体缺陷、开裂、剥落等难题，进而提高制备良品率。本发明采用液相外延法在SGGG基片上生长单晶石榴石厚膜，生长过程中，基片的旋转速度采用N阶变化：基片的第一阶旋转速度至第N阶旋转速度依次设置为R₁至R_N、且R_NR_N‑1…R₁，并以第一阶旋转速度开始在单个阶段变换周期内均匀升高至下一阶旋转速度、直至第N阶旋转速度，再依次均匀降低至第一阶旋转速度，如此交替变化直至生长结束；最终能够制备得到不易产生结晶缺陷、翘曲、裂纹、剥离的高品质(TmLuBi)₃Fe₅O₁₂单晶石榴石厚膜。

技术领域

本发明属于磁性石榴石单晶膜制备领域，具体提供一种(TmLuBi)₃Fe₅O₁₂铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜制备方法。

背景技术

随着5G技术的革新，光纤通讯技术作为现代通讯技术的主体成为人们关注的焦点，法拉第磁光材料作为5G通信器件的核心材料被愈发广泛应用；其中，采用液相外延生长的铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜凭借其优异的磁光性能在各类激光器、光模块、磁光隔离器、磁光环行器等光学系统中发挥着不可替代的作用。

目前，在光隔离器、光环行器、光磁场传感器等中使用的法拉第转子等光学元件的材料，通常为在单晶基板上外延生长的磁性石榴石单晶膜，需要较大的法拉第旋转系数，以便获得所需的法拉第效应；并且，为了通过外延生长形成高质量的单晶薄膜，在从成膜温度到室温的温度范围内，衬底单晶和生长中的单晶膜的晶格常数之差必须尽可能小。然而，液相外延技术生长的石榴石膜随着膜厚度的增加，在成膜过程中及成膜后，单晶膜容易开裂或剥落，导致成膜和加工过程中的制备良品率下降。因此，如何通过调整工艺来获得不产生结晶缺陷、翘曲、裂纹、剥离等高品质且良好的磁性石榴石单晶膜具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷提供了一种铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜制备方法，用于解决液相外延生长的铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜容易产生晶体缺陷、开裂、剥落等难题，进而提高制备良品率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种铋取代稀土铁石榴石单晶厚膜制备方法，包括以下步骤：

步骤1、熔体的制备：以Tm₂O₃、Lu₂O₃、Bi₂O₃、Fe₂O₃、B₂O₃和PbO为原料，准确称取上述原料，其中，Tm₂O₃的质量百分含量为0.316％，Lu₂O₃的质量百分含量为0.286％，Bi₂O₃的质量百分含量为40.919％，Fe₂O₃的质量百分含量为5.736％，B₂O₃的质量百分含量为3.742％，PbO的质量百分含量为49.001％，按比例进行称重、混料，混合均匀后置于置于LPE(液相外延)炉内，在1000-1100℃下熔料、再于相同温度下搅拌10-12h得到所需熔体；

步骤2、基片清洗：采用SGGG基片并清洗备用；

步骤3、液相外延法生长单晶膜：将SGGG基片放入熔体中，采用液相外延法生长单晶厚膜；所述液相外延法具体为：