專利名稱：釓釔鈧鎵石榴石晶體gysgg及其熔體法晶體生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外延薄膜襯底材料、晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，具體是釓釔鈧鎵石榴石及其 熔體法法晶體生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
摻鉍釔鐵石榴石Bi:YIG是比純釔鐵石榴石YIG性能更為優(yōu)良的磁光薄膜材 料。因純GGG晶體的晶格參數(shù)和YIG的晶格參數(shù)非常匹配，為1.237611111，所以 GGG晶體是YIG外延薄膜的理想襯底材料。Bi^摻入YIG后，YIG的晶格參數(shù) 變大，如果使用釓鎵石榴石GGG作為它的襯底材料，則Bi:YIG薄膜和襯底GGG 間有較大的晶格失配，這對(duì)薄膜的制備、質(zhì)量和性能等都將產(chǎn)生不良影響。此時(shí) 需要根據(jù)薄膜的晶格參數(shù)，選擇合適的、晶格參數(shù)較GGG晶體更大的襯底材料。 人們通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的探索，已經(jīng)報(bào)道了在GGG中摻入Ca、 Mg、 Zr等雜質(zhì)來(lái)增大 GGG的晶格參數(shù)，并已制備出了質(zhì)量良好的(Ca，Mg，Zr):GGG晶體。但Ca，Mg，Zr 這些離子的摻入會(huì)造成晶體的應(yīng)力很大，給生長(zhǎng)、加工、使用都帶來(lái)了一定的問(wèn) 題。因此，有必要尋找比GGG晶格參數(shù)大、制備相對(duì)容易的Bi:YIG外延襯底材 料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG及其熔體法晶體生長(zhǎng) 方法，通過(guò)Gd^部分或全部取代釔鈧鎵石榴石Y3Sc2Ga30u (YSGG)中的￥3+， 形成釓鈧鎵石榴石和釔鈧鎵石榴石的混晶——禮釔鈧鎵石榴石晶體(簡(jiǎn)寫為 GYSGG)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于化合物的分子式可表示為 Gd^Y3(^)Sc2Ga3 (1+(J> 012，其中，A:的取值范圍為0 1，確可取正值和負(fù)值， 范圍為-0.2~0.2。
所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于所述的原料配方為采用0(1203、 Sc203、 ￥203作為原料，按如下化合式進(jìn)行配料 1.5xGd203+1.5(l-x)Y203+Sc203+(1.5+^)Ga203—Gd3jcY3(lx)Sc2Ga3(1+( 012。 所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于所述原料Gd203 、 Y203、 Sc203、 Ga203采用相應(yīng)的釓、釔、鈧、鎵的其他化合物來(lái)進(jìn)行代替進(jìn)行原料配制， 只要通過(guò)化合反應(yīng)能最終形成Gd3xY3(1《Sc2Ga3 (1+< 012化合物即可。
所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG的熔體法晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于
(1) 、將配好的原料進(jìn)行充分混合后，用模具壓制成塊狀，在1000 1400'C 下燒結(jié)10 24小時(shí)，成為GYSGG晶體生長(zhǎng)的初始原料，或者壓制成塊狀的原料 不經(jīng)燒結(jié)而直接成為晶體生長(zhǎng)的初始原料；
(2) 、將制備好的初始原料放入生長(zhǎng)坩堝內(nèi)，通過(guò)加熱并充分熔化，獲得晶 體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用熔體法晶體生長(zhǎng)工藝——包括提拉法、坩堝下降法、 溫梯法以及其他從熔體進(jìn)行單晶生長(zhǎng)的方法來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)。
所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG的熔體法晶體生長(zhǎng)方法，其特征在于 對(duì)于需使用籽晶定向生長(zhǎng)的熔體法生長(zhǎng)工藝，如提拉法，籽晶為GYSGG單晶、 或釔鈧鎵石榴石YSGG單晶、或釓鈧鎵石榴石GSGG單晶，籽晶方向一般為[lll
方向，以及其他任意方向。
本發(fā)明采用Gd來(lái)部分或全部取代釔抗鎵石榴石Y3Sc2Ga3012 (YSGG)，形成 釓鈧鎵石榴石和釔鈧鎵石榴石的混晶——禮釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，可獲得晶 格參數(shù)為1.245nm~1.257nm的大晶格參數(shù)晶體。適當(dāng)調(diào)節(jié)混晶比例，可獲得與 Bi:YIG晶格參數(shù)相匹配的外延襯底材料。由于GcP在YSGG中的分凝系數(shù)為1， 生長(zhǎng)獲得優(yōu)質(zhì)的GYSGG相對(duì)容易，同時(shí)GYSGG有良好的機(jī)械性能、熱性能， 并可獲得大口徑的單晶，因此，GYSGG是性能優(yōu)良的Bi:YIG外延生長(zhǎng)襯底材料。
具體實(shí)施例方式
具體說(shuō)明如下
1、 本發(fā)明為釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，發(fā)明化合物的分子式可表示為 Gd3xY3(1—力Sc2Ga3d+aOu，其中，a:的取值范圍為0 1，確可取正值和負(fù)值， 范圍為-0.1MU。
2、 本發(fā)明包括GYSGG晶體的熔體法晶體生長(zhǎng)方法，包括以下步驟 (1)、 GYSGG晶體生長(zhǎng)原料的配料方法A、 采用Gd203、 Sc203、 Y203、 Ga203作為原料，按如下化合式進(jìn)行配料 1.5xGd203+1.5(l-jc)Y203+Sc203+(1.5+^)Ga203—Gd^Y^wS^Gaad+sOu
B、 所用原料Gd203 、 Y203、 Sc203、 Ga203可用相應(yīng)的釓、釔、鈧、鎵的 其他化合物來(lái)進(jìn)行代替其氧化物進(jìn)行原料配制，只要通過(guò)化合反應(yīng)能最終
012化合物即可。
(2) 、 GYSGG晶體生長(zhǎng)原料的壓制和燒結(jié)成型方法
把(1)中配好的原料進(jìn)行充分混合后，用模具壓制成形(通常為圓盤形 狀)，在1000 1400'C下燒結(jié)10 24小時(shí)，成為GYSGG晶體生長(zhǎng)的初始原 料，或者壓制成形的原料不經(jīng)燒結(jié)而直接成為晶體生長(zhǎng)的初始原料。
(3) 、熔體法生長(zhǎng)工藝
把(1)、 (2)制備好的原料放入生長(zhǎng)坩堝內(nèi)，通過(guò)加熱并充分熔化，獲得晶 體生長(zhǎng)初始熔體。然后采用熔體法晶體生長(zhǎng)工藝——包括提拉法、坩堝下降法、 溫梯法以及其他從熔體進(jìn)行單晶生長(zhǎng)的方法來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)。對(duì)于需使用籽晶定向生 長(zhǎng)的熔體法生長(zhǎng)工藝如提拉法，籽晶為GYSGG單晶、或釔鈧鎵石榴石YSGG單 晶、或釓鈧鎵石榴石GSGG單晶，籽晶方向一般為[111方向，以及其他任意方向。 已用提拉法生長(zhǎng)出了無(wú)散射、氣泡、云層、無(wú)開裂的優(yōu)質(zhì)GYSGG晶體，口徑達(dá) 到了 053mm。
權(quán)利要求
1、釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于化合物的分子式可表示為Gd3xY3(1-x)Sc2Ga3(1+δ)O12，其中，x的取值范圍為0～1，δ值可取正值和負(fù)值，范圍為-0.2～0.2。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于所述的原 料配方為采用Gd203、 SC203、 ￥203作為原料，按如下化合式進(jìn)行配料1.5xGd203+1.5(l-AT)Y203+Sc203+(1.5+<5)Ga203—Gd3xY3(1.x)Sc2Ga3(1+<R 012。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于所述原料 Gd203 、 Y203、 Sc203、 Ga203釆用相應(yīng)的釓、釔、鈧、鎵的其他化合物來(lái)進(jìn)行代 替進(jìn)行原料配制，只要通過(guò)化合反應(yīng)能最終形成GdhY3(^)Sc2Ga3 (1+<5) 012化合物 即可。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG的熔體法晶體生長(zhǎng)方 法，其特征在于(1) 、將配好的原料進(jìn)行充分混合后，用模具壓制成塊狀，在1000 1400°C 下燒結(jié)10 24小時(shí)，成為GYSGG晶體生長(zhǎng)的初始原料，或者壓制成塊狀的原料 不經(jīng)燒結(jié)而直接成為晶體生長(zhǎng)的初始原料；(2) 、將制備好的初始原料放入生長(zhǎng)坩堝內(nèi)，通過(guò)加熱并充分熔化，獲得晶 體生長(zhǎng)初始熔體，然后采用熔體法晶體生長(zhǎng)工藝——包括提拉法、坩堝下降法、 溫梯法以及其他從熔體進(jìn)行單晶生長(zhǎng)的方法來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG的熔體法晶體生長(zhǎng)方法， 其特征在于對(duì)于需使用籽晶定向生長(zhǎng)的熔體法生長(zhǎng)工藝，如提拉法，籽晶為 GYSGG單晶、或釔鈧鎵石榴石YSGG單晶、或釓鈧鎵石榴石GSGG單晶，籽晶 方向一般為[lll]方向，以及其他任意方向。
全文摘要
本發(fā)明為釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG及其熔體法晶體生長(zhǎng)方法，它的分子式可表為Gd<sub>3x</sub>Y<sub>3(1-x)</sub>Sc<sub>2</sub>Ga<sub>3(1+δ)</sub>O<sub>12</sub>(x＝0～1，＝-0.2～0.2)，可用Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>，或相應(yīng)的釓、釔、鈧、鎵的其他化合物進(jìn)行配料，只要能最終化合為Gd<sub>3x</sub>Y<sub>3(1-x)</sub>Sc<sub>2</sub>Ga<sub>3(1+δ)</sub>O<sub>12</sub>即可；配制好的原料經(jīng)充分混合、壓制成形、高溫?zé)Y(jié)后，成為晶體生長(zhǎng)的起始原料；生長(zhǎng)起始原料放入坩堝經(jīng)加熱充分熔化后，成為熔體法生長(zhǎng)的初始熔體，然后可用熔體法如提拉法、坩堝下降法、溫梯法及其他熔體法來(lái)進(jìn)行生長(zhǎng)；對(duì)于需用籽晶定向生長(zhǎng)的熔體法，籽晶為GYSGG單晶、或釔鈧鎵石榴石YSGG單晶、或釓鈧鎵石榴石單晶GSGG。GYSGG單晶可用作Bi<sup>3+</sup>摻雜的釔鐵石榴石外延薄膜的襯底材料。
文檔編號(hào)C30B29/28GK101307496SQ200810018480
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者丁麗華, 萬(wàn)松明, 劉文鵬, 孫敦陸, 張慶禮, 李為民, 殷紹唐, 秦清海, 谷長(zhǎng)江 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所