[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

摘要

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，用于TE-TM光模式转换调制器的应用。本发明采用液相外延工艺，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〉)上生长，经过配料、升温-保温-三次降温方法使熔体达到薄膜的生长温度、控制薄膜生长过程、最终制备得到了具有面内各向异性的Bi代石榴石磁光单晶薄膜。本发明采用三步降温模式对于薄膜生长而言，能够获得良好的温度稳定性和熔体状态稳定性。本发明制备得具有面内各向异性的Bi代石榴石磁光单晶薄膜，制备工艺简单，稳定性高。

主权项

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：$R0=\frac{{\mathrm{Bi}}_2{O}_3}{\mathrm{PbO}+{\mathrm{Bi}}_2{O}_3},R1=\frac{{\mathrm{Lu}}_2{O}_3}{{\mathrm{Fe}}_2{O}_3},R4=\frac{\mathrm{Garnet\; oxides}}{\mathrm{Garnet\; oxides}+{\mathrm{Bi}}_2{O}_3},R5=\frac{\mathrm{CaO}}{{\mathrm{Fe}}_2{O}_3};$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810～820℃，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：待熔体达到薄膜生长温度后，用夹具将基片置于熔体中薄膜生长位置，采用正反旋转基片方法，设定基片转速为60～80rmp，正反旋转的周期为5～10s，薄膜生长时间为7～25min；生长结束后，将基片提拉出液面，静置10～30min，获得镜面状的单晶薄膜；步骤5.薄膜的后期处理：将生长完成的薄膜利用醋酸与水的混合溶液，在溶液高温条件下清洗1～2h，去除表面残留的熔融体，获得镜面薄膜。