СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР Российский патент 1995 года по МПК C30B19/02 C30B19/12 C30B29/28 

Изобретение относится к технологии получения эпитаксиальных слоев феррит-граната и может быть использовано в магнитооптике при создании управляемых транспортеров, изоляторов и других устройств с высокими магнитооптическими параметрами.

Известен способ получения магнитооптических структур феррит-граната (ФГС), включающий наращивание Bi-содержащего слоя из переохлажденного раствора-расплава на подложку из кальций-ниобий-галлиевого граната (КНГГ).

Недостатком данного способа получения феррит-гранатовых структур является низкое качество Bi-содержащего слоя.

Кальций-ниобий-галлиевый гранат имеет параметр элементарной ячейки в интервале 12,503-12,506 в зависимости от содержания компонент. Такой параметр ячейки позволяет ввести в осаждаемую пленку необходимое для магнитооптических применений количество висмута.

Однако кристалл КНГГ имеет катионный дефицит в октаэдрических позициях кристаллографической решетки, что является причиной нарушения морфологии поверхности подложки. Поэтому при взаимодействии с агрессивными свинец- и висмутсодержащими раствор-расплавами при выращивании пленки подложка либо разрыхляется, либо осаждающаяся пленка кристаллизуется с дефектами в виде трещин.

Предлагаемый способ получения магнитооптических структур включает жидкофазное осаждение Bi-содержащей эпитаксиальной пленки из переохлажденного раствора-расплава на подложку из кальций-ниобий-галлиевого граната, причем перед эпитаксиальным наращиванием на подложку КНГГ напылением наносят слой кремния толщиной 0,1-0,2 мкм, после чего ее отжигают при 900-910^оС в течение 5-6 ч.

При этом происходит диффузия кремния в приповерхностную область подложки и перераспределение ионов в кристаллической решетке, в результате чего снижается катионный дефицит кристалла КНГГ и улучшается морфология поверхности подложки. Магнитооптические структуры, полученные предлагаемым способом, не имеют трещин и обладают заданными магнитооптическими характеристиками.

Толщина слоя кремния подбиралась опытным путем. В результате эксперимента определено, что пленка кремния указанной толщины имеет хорошую адгезию к поверхности подложки. Нижний предел толщины определяется равномерностью (без разрывов) осаждаемого слоя. Верхний предел толщины определен по технологическим соображениям: чтобы не допустить снижение качества поверхности подложки за счет длительного ее разогрева время осаждения кремниевого слоя не должно превышать 2 ч, что соответствует 0,2 мкм напыленного слоя.

Температура и время отжига определяется условиями диффузии кремния в подложку. При температуре отжига выше 910^оС, за время, превышающее 6 ч, происходит рекристаллизация кремния с материалом подложки, в результате чего происходит снижение качества поверхности она становится мутной.

При низкой температуре (менее 900^оС) и малом времени отжига (менее 5 ч) диффузия кремния в подложку не происходит, а следовательно, не происходит перераспределение ионов в ее кристаллической решетке и не улучшается морфология поверхности подложки.

П р и м е р. Поверхность подложки КНГГ ориентации (III) обезжиривается органическими растворителями. После чего подложка помещается в вакуумную камеру установки и на ее поверхность в течение 1,5 ч наносится слой кремния. Толщина слоя кремния составляет 0,15 мкм. Затем подложка со слоем кремния отжигается в течение 5 ч при 905^оС в муфельной печи. После отжига подложка дополнительно не обрабатывается.

На поверхность подготовленной таким образом подложки при 700^оС в течение 3 мин осаждается эпитаксиальная пленка состава (YBiLu)₃(FeGa)₅O₁₂. Толщина выращенной пленки составляет 2,0 мкм. Качество поверхности пленки оценивается путем наблюдения в проходящем поляризованном свете микроскопа. Установлено, что пленка не имеет трещин и прозрачна.

В таблице приведены физико-технические параметры выращенной пленки по предлагаемому способу и способу-прототипу.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ обеспечивает повышение качества поверхности подложки и качества пленки, что косвенно доказывается снижением коэрцитивности и повышением пропускания пленки, выращенной указанным способом, по сравнению с способом-прототипом. Улучшение морфологии поверхности подложки повышает коэффициент вхождения висмута в пленку и тем самым обеспечивает увеличение фарадеевского вращения.

Использование: в магнитооптике при создании управляемых транспорантов, изоляторов и т.д. Сущность изобретения: структуру получают путем жидкофазного осаждения висмутсодержащей эпитаксиальной пленки из переохлажденного раствора-расплава на подложку из кальций-ниобий-галлиевого граната. Предварительно на подложку напыляют слой кремня толщиной 0,1 - 0,2 мкм с последующим отжигом ее при 900 - 910°С в течение 5 - 6 ч. Такая обработка обеспечивает повышение качества поверхности подложки и пленки. Улучшение морфологии поверхности подложки повышает коэффициент вхождения висмута в пленку и тем самым обеспечивает увеличение фарадеевского вращения. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР, включающий жидкофазное осаждение висмутсодержащей эпитаксиальной пленки из переохлажденного раствора-расплава на подложку из кальций-ниобий-галлиевого граната, отличающийся тем, что предварительно на подложку напыляют слой кремния толщиной 0,1 0,2 мкм с последующим отжигом ее при 900 910^oС в течение 5 6 ч.