一種面內(nèi)各向異性Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料技術領域，涉及具有面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜 材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著技術的發(fā)展，材料的制造工藝不斷改進，與現(xiàn)有的磁控濺射工藝、PLD 工藝以及溶膠凝膠法相比，傳統(tǒng)的液相外延工藝（LPE)在單晶薄膜制備方面有著不可替代 的作用。就磁光材料而言，Bi代石榴石磁光單晶薄膜材料在集成磁光器件，如磁光隔離器、 磁光開關和磁光調(diào)制器等方面的應用日益增多。利用磁控濺射工藝生產(chǎn)的薄膜具有明顯的 Faraday效應，可以被應用于各個磁光器件，但就磁光調(diào)制器而言，不能實現(xiàn)較高的轉換效 率和較大的帶寬。相較于磁控濺射和PLD濺射工藝，液相外延工藝能夠獲得與基片良好匹 配的磁光薄膜，它不僅能夠實現(xiàn)單晶生長，而且能夠通過控制生長條件達到理想的厚度，獲 得具有大的Faraday角、低的光吸收系數(shù)以及近紅外透明的Bi和Lu共摻雜單晶薄膜，進而 能夠實現(xiàn)磁光調(diào)制的超寬帶以及高的轉換效率。由于Bi3+離子本身具有很強的單軸各向 異性，因此Bi帶石榴石單晶薄膜材料的易磁化軸一般垂直于面內(nèi)，但對于TE-TM光模式轉 換調(diào)制器，需要一種面內(nèi)各向異性的磁光薄膜，才能實現(xiàn)寬帶調(diào)制。因此，基于TE-TM光模 式轉換調(diào)制器的應用，我們設計并制備了一種面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方 法，通過液相外延工藝實現(xiàn)了 Bi離子和Lu離子共摻雜的單晶石榴石（BiLuIG)在釓鎵石榴 石（GGG)襯底基片（取向為〈111〉）上的生長，實現(xiàn)了薄膜的面內(nèi)各向異性。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案為：一種面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制 備方法，包括以下步驟：
[0005] 步驟1.配方、配料：以Lu203、Bi203、Fe203為原料，Bi203為熔劑，PbO、CaO為添 加劑；根據(jù)配方：81;11 3_!￡16、0〈1〈3，采用1?因子配方法進行配料得到熔體，涉及的1?因子有 尺0、1?1、1?4、1?5，四個因子的關系如下 ：
【主權項】
1. 一種面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法，包括以下步驟： 步驟1.配方、配料：以Lu203、Bi203、Fe203為原料，Bi203為熔劑，PbO、CaO為添加劑； 根據(jù)配方：81;113_!￡16、0〈1〈3，采用1?因子配方法進行配料得到熔體，涉及的1?因子有1?0、1?1、 R4、R5,四個因子的關系如下：
步驟2.基片清洗：依次采用有機溶液、酸溶液、堿溶液以及去離子水對釓鎵石榴石 (GGG)基片進行分步清洗； 步驟3.加熱熔體至薄膜生長溫度：首先升溫至1000~IKKTC，保溫10~12小時，然 后分三次降至薄膜生長溫度810~820°C，降溫的溫度梯度范圍依次為80~140°C、90~ 11(TC、50 ~70°C ; 步驟4.生長過程控制： 待熔體達到薄膜生長溫度后，用夾具將基片置于熔體中薄膜生長位置，采用正反旋轉 基片方法，設定基片轉速為60~80rmp，正反旋轉的周期為5~10s，薄膜生長時間為7~ 25min ;生長結束后，將基片提拉出液面，靜置10~30min，獲得鏡面狀的單晶薄膜； 步驟5.薄膜的后期處理：將生長完成的薄膜利用醋酸與水的混合溶液，在溶液高溫條 件下清洗1~2h，去除表面殘留的熔融體，獲得鏡面薄膜。
2. 按權利要求1所述面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法，其特征在 于，制備得面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜厚度為5~Sum。
3. 按權利要求1所述面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法，其特征在 于，所述步驟5中醋酸與水的混合溶液的比例為1:1。
4. 按權利要求1所述面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法，其特征在 于，所述步驟3中薄膜生長溫度為812°C~817°C。
5. 按權利要求1所述面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法，其特征在 于，所述步驟4中基片和夾具有3~5度的傾角。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜的制備方法，用于TE-TM光模式轉換調(diào)制器的應用。本發(fā)明采用液相外延工藝，實現(xiàn)了Bi離子和Lu離子共摻雜的單晶石榴石(BiLuIG)在釓鎵石榴石(GGG)襯底基片(取向為〈111〉)上生長，經(jīng)過配料、升溫-保溫-三次降溫方法使熔體達到薄膜的生長溫度、控制薄膜生長過程、最終制備得到了具有面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜。本發(fā)明采用三步降溫模式對于薄膜生長而言，能夠獲得良好的溫度穩(wěn)定性和熔體狀態(tài)穩(wěn)定性。本發(fā)明制備得具有面內(nèi)各向異性的Bi代石榴石磁光單晶薄膜，制備工藝簡單，穩(wěn)定性高。
【IPC分類】C30B29-28, C30B29-64, C30B11-00
【公開號】CN104818518
【申請?zhí)枴緾N201510182491
【發(fā)明人】楊青慧, 田曉潔, 張懷武, 饒毅恒, 文岐業(yè), 賈利軍, 范仁鈺
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月17日