[发明专利]一种钇铁石榴石薄膜的外延生长方法

摘要

钇铁石榴石薄膜的外延生长方法，将装有处理好的钆镓石榴石基片的置真空腔室，并将钆镓石榴石基片加热到恒定温度736℃；加热过程中，加热到250℃的时候通入臭氧；加热至736℃之后，保持真空腔气压，将臭氧的质量分数调节至40％，同时保温半小时，打开反射式高能电子衍射仪RHEED调节出衬底的衍射斑点；全程保持RHEED的实时和原位监控，采用波长248nm的KrF准分子激光器将激光通过透镜聚焦到YIG靶材上；完成薄膜生长后，基片温度保持不变，原位退火约15min，然后将薄膜自然冷却至约250℃，停止保护气体再冷却至室温。本发明所得到的YIG薄膜组分均匀、厚度可控工艺重复性好，具有较高的制备效率。

主权项

1.钇铁石榴石薄膜的外延生长方法，其特征是步骤如下：步骤1：将装有处理好的钆镓石榴石基片的真空腔室抽到8.6±1×10‑6Pa，并将钆镓石榴石基片加热到恒定温度736±5℃；加热过程中，加热到250±10℃的时候通入1.4×10‑3 mbar的臭氧、臭氧质量分数占20％和氧气质量分数占80％的混合气体作为保护气体以避免加热过程中衬底缺氧；步骤2：加热至736±5℃之后，保持真空腔气压在1.4±0.2×10‑3mbar，将臭氧的质量分数调节至40±2％，同时保温半小时，此时打开反射式高能电子衍射仪RHEED调节出衬底的衍射斑点；步骤3：保持步骤2中的生长条件，并全程保持RHEED的实时和原位监控，采用波长248nm 的KrF准分子激光器将激光通过透镜聚焦到钆镓石榴石靶材上，钆镓石榴石靶材与激光束的夹角为45°，激光束的平均能量密度为1.5±0.5J/cm2，激光重复频率为2Hz，沉积时间根据选择厚度而决定；步骤4：完成薄膜生长后，基片温度保持不变，原位退火15min，然后将薄膜自然冷却至250±10℃，停止保护气体的供给，再冷却至室温；取出样品之后，再在纯氧中经过650±15℃的6±1h的退火；所述石榴石薄膜材料，由Y、Fe、O以化学元素形成的化合物，其中Y与Fe都是以+3价的方式存在的；所述的薄膜材料是单晶的。