[發明專利]釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG及其熔體法晶體生長方法

有效

• 申請號: 200810018480.9
• 申請日: 2008-02-03
• 公開（公告）號: CN101307496A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 張慶禮;殷紹唐;孫敦陸;劉文鵬;丁麗華;谷長江;李為民;秦清海;萬松明
• 申請（專利權）人: 中國科學院安徽光學精密機械研究所
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;C30B11/00;C30B15/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及外延薄膜襯底材料、晶體生長領域，具體是釓釔鈧鎵石榴石及其 熔體法法晶體生長方法。

技術背景

摻鉍釔鐵石榴石Bi:YIG是比純釔鐵石榴石YIG性能更為優良的磁光薄膜材 料。因純GGG晶體的晶格參數和YIG的晶格參數非常匹配，為1.2376nm，所以 GGG晶體是YIG外延薄膜的理想襯底材料。Bi³⁺摻入YIG后，YIG的晶格參數 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，這對薄膜的制備、質量和性能等都將產生不良影響。此時 需要根據薄膜的晶格參數，選擇合適的、晶格參數較GGG晶體更大的襯底材料。 人們通過長時間的探索，已經報道了在GGG中摻入Ca、Mg、Zr等雜質來增大 GGG的晶格參數，并已制備出了質量良好的(Ca，Mg，Zr):GGG晶體。但Ca，Mg，Zr 這些離子的摻入會造成晶體的應力很大，給生長、加工、使用都帶來了一定的問 題。因此，有必要尋找比GGG晶格參數大、制備相對容易的Bi:YIG外延襯底材 料。

發明內容

本發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 方法，通過Gd³⁺部分或全部取代釔鈧鎵石榴石Y₃Sc₂Ga₃O₁₂(YSGG)中的Y³⁺， 形成釓鈧鎵石榴石和釔鈧鎵石榴石的混晶——釓釔鈧鎵石榴石晶體(簡寫為 GYSGG)。

本發明的技術方案如下：

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_3xY_3(1-x)Sc₂Ga_3(1+δ)O₁₂，其中，x的取值范圍為大于0且小于1，δ值可取正 值和負值，范圍-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Gd₂O₃、Sc₂O₃、Y₂O₃作為原料，按如下化合式進行配料：

1.5xGd₂O₃+1.5(1-x)Y₂O₃+Sc₂O₃+(1.5+δ)Ga₂O₃→Gd_3xY_3(1-x)Sc₂Ga_3(1+δ)O₁₂。

所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG，其特征在于：所述原料Gd₂O₃、Y₂O₃、 Sc₂O₃、Ga₂O₃采用相應的釓、釔、鈧、鎵的其他化合物來進行代替進行原料配制， 只要通過化合反應能最終形成Gd_3xY_3(1-x)Sc₂Ga_3(1+δ)O₁₂化合物即可。

所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG的熔體法晶體生長方法，其特征在于：

(1)、將配好的原料進行充分混合后，用模具壓制成塊狀，在1000～1400℃ 下燒結10～24小時，成為GYSGG晶體生長的初始原料，或者壓制成塊狀的原料 不經燒結而直接成為晶體生長的初始原料；

(2)、將制備好的初始原料放入生長坩堝內，通過加熱并充分熔化，獲得晶 體生長初始熔體，然后采用熔體法晶體生長工藝——包括提拉法、坩堝下降法、 溫梯法以及其他從熔體進行單晶生長的方法來進行生長。

所述的釓釔鈧鎵石榴石晶體GYSGG的熔體法晶體生長方法，其特征在于： 對于需使用籽晶定向生長的熔體法生長工藝，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。