ЭПИТАКСИАЛЬНАЯ ФЕРРИТ-ГРАНАТОВАЯ СТРУКТУРА Российский патент 1996 года по МПК C30B19/02 C30B29/28 

Изобретение относится к монокристаллическим материалам, в частности к эпитаксиальным феррит-гранатовым структурам (ЭФГС) на основе железо-иттриевого граната (ЖИГ), и может быть использовано при разработке и изготовлении малогабаритных планарных сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов на поверхностных магнитостатических волнах (ПМСВ).

Для создания планарных СВЧ-приборов на ПМСВ используются ЭФГС, включающие эпитаксиальный слой на основе ЖИГ, осажденный на подложку из гадолиний-галлиевого граната. Одним из основных требований к приборам на ПМСВ является стабильность частоты возбуждения ПМСВ при изменении температуры окружающей среды. Температурная нестабильность частоты возбуждения ПМСВ обусловлена в основном температурной зависимостью намагниченности насыщения эпитаксиальной пленки ЖИГ. В этой ситуации представляет интерес изыскание путей термостабилизации частот возбужденря на уровне достаточном для практического изменения (α_f= ≅ 5•10^-5oC^-1) в максимально широком интервале температур.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является эпитаксиальная феррит-гранатовая структура (ЭФГС), содержащая эпитаксиальную пленку железистого граната с добавками ионов Cо, и/или РЗМ, полученная методом жидкофазной эпитаксии из расплава системы PbO B₂O₃ на монокристаллической подложке из немагнитного граната, имеющей ориентацию плоскости100} Пленки данного типа обладают повышенным значением угла Фарадеевского вращения и анизотропией типа "легкая плоскость", что позволяет использовать их для конструирования магнитооптических вентилей волноводного типа. Недостатком данной структуры является повышенное значение ширины линии ФМР, вследствие чего она не может быть использована в устройствах обработки информации СВЧ-диапазона на магнитостатических волнах.

Цель изобретения расширение температурного интервала температурной стабильности частот возбуждения ПМСВ.

Цель достигается тем, что эпитаксиальная феррит-гранатовая структура, содержащая подложку из ГГГ ориентации (100) и эпитаксиально осажденную на нее пленку на основе железо-иттриевого граната отличается тем, что последнюю берут с содержанием Ga, La и/или Sc, а структура разориентирована от плоскости (100) к плоскости (110) на угол 0-15^о. Концентрации легирующих добавок Sc и La Х 0-0,5 ат/форм.ед. Gа у 0-1,6 ат/форм.ед. что обеспечивает низкие потери при распространении ПМСВ в диапазоне частот 1-10 ГГц.

Температурная зависимость частоты возбуждения ПМСВ в данной структуре имеет вид прямой с температурным коэффициентом α_f не более 5·10^-5оС^-1 в широком интервале температур (-70)-(+185)^оС. Эффект обусловлен тем, что для выбранной ориентации эпитаксиального слоя изменение частоты ПМСВ от температуры, вызванное нестабильностью намагниченности насыщения пленки компенсируется эквивалентным и противоположным изменением частоты вследствие температурной зависимости размагничивающих факторов кристаллографической анизотропии. Ориентационная зависимость значений размагничивающих факторов приводит к тому, что при угле разориентации δ более 15^о увеличивается наклон линейной зависимости f(Т), и α_f становится больше, чем 5·10^-5оС^-1.

Авторам не известно использование структур ЖИГ ориентации (100) с разориентацией 0-15^о в других технических решениях.

На фиг.1 изображены температурные зависимости частоты возбуждения ПМСВ в пленках ЖИГ, выращенных на подложках ГГГ:
поз.1 образец 1, ориентация (100), разориентация 0^о;
поз.2 образец 2, ориентация (100), разориентация 5,2^о;
поз.3 образец 3, ориентация (100), разориентация 15^о;
поз.4 образец 4, ориентация (100), разориентация 16^о.

На фиг.2 изображены температурные зависимости частоты возбуждения ПМСВ в пленках легированного ЖИГ, выращенных на подложках ГГГ:
поз.1 образец 5, ориентация (100), разориентация 0^о;
4гМ 585 Гс
поз.2 образец 6, ориентация (100), разориентация 5,2^о;
4гМ 446 Гс
поз.3 образец 7, ориентация (100), разориентация 15^о;
4гМ 360 Гс
поз.4 образец 8, ориентация (100), разориентация 16^о;
4гМ 550 Гс
поз.5 образец 9, ориентация (110), разориентация 26,5^о
4гМ 400 Гс
П р и м е р 1. Методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе PbO были выращены эпитаксиальные пленки ЖИГ на подложках ГГГ ориентации (100) с различной разориентацией плоскости (100) к плоскости (110), δ; образец 1, толщина пленки d 19,5 мкм, 2 Δ H 0,6 Э; δ 0^о; образец 2, d 15 мкм, 2Δ Н 0,5 Э; δ 5,2^о; образец 3, d 21,2 мкм; 2Δ Н 0,7 Э; δ=15^о; образец 4, d 17,9 мкм, 2 ΔН 0,6 Э, δ 16^о.

Образцы 1, 2 и 3 имели (α_f )= 0, 1,5·10^-5 и 4,5·10^-5оС^-1соответственно в интервале температур -80 -+60С; образец 4 имел температурный коэффициент (α_f )= 5,5·10^-5оС^-1.

П р и м е р 2. Методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе PbO были выращены эпитаксиальные пленки легированного ЖИГ с пониженной намагниченностью насыщения на подложках ГГГ ориентации (100) с различной разориентацией δ образец 5, d 18,2 мкм, 2Δ Н 0,7 Э, 4гМ 585 Гс, δ= 0^о;
образец 6, d 10,7 мкм, 2Δ Н 0,8 Э, 4гМ= 446 Гс, δ 5,2^о;
образец 7, d 11,8 мкм, 2Δ Н 0,8 Э, 4гМ= 360 Гс, δ 15^о;
образец 8, d 21 мкм, 2 Δ Н 0,7 Э, 4гМ= 550 Гс, δ= 16^о;
образец 9, d 30 мкм, 2 Δ Н 0,35 Э, 4гМ= 400 Гс, δ 26,5^о(соответствует плоскости (210)).

Образцы 5, 6 и 7 имели (α_f)≅5· 10^-5 в интервале температур от -60 до +20^оС, образцы 8 и 9 имели (α_f) 8,5·10^-5оС^-1. Таким образом, в пленках выращенных на подложках ориентации (100) с разориентацией δ= 0-15^о, температурный коэффициент (α_f) не превышает 5·10^-5оС^-1 в широком интервале температур. Увеличение (α_f) при δ≥ 15^о связано с увеличением наклона зависимости температурной частоты возбуждения ПMСВ.

Предлагаемая структура позволяет обеспечить термостабильность частоты ПМСВ на уровне (α_f ) ≃ 5·10^-5оС^-1 в широком интервале температур.

Использование: при разработке и изготовлении малогабаритных планарных СВЧ приборов на поверхностных магнитостатических волнах (ПМСВ). Сущность изобретения: эпитаксиальная феррит-гранатовая структура (ЭФГС), содержащая подложку из гадолиний-галлиевого граната (ГГГ) ориентации (100), включает пленку на основе железо-иттриевого граната (ЖИГ) с содержанием Ga, L a и/или Se и разориентирована от плоскости (100) к плоскости (110) на угол 0 - 15^o. Предлагаемая структура обеспечивает термостабильность частот возбуждения ПМСВ в интервале от -70 до +85^oС. 2 ил.

Эпитаксиальная феррит-гранатовая структура, содержащая подложку из гадолиний-галлиевого граната ориентации (100) и эпитаксиально осажденную на нее пленку на основе железо-иттриевого граната, отличающаяся тем, что последнюю берут с содержанием Ca, La и/или Se, а структура разориентирована от плоскости (100) к плоскости (110) на угол 0 15^o.