УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ОКСИДНЫХ ПЛЕНОК ПУТЕМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ Российский патент 1997 года по МПК C30B19/06 

Изобретение относится к устройству для получения монокристаллических оксидных пленок путем жидкофазной эпитаксии и более конкретно, к устройству для получения путем жидкофазной эпитаксии монокристаллических оксидных пленок, таких как монокристаллические пленки магнитного граната, пригодные для применения в устройствах на магнитостатических волнах, ниобата лития, пригодные для применения в оптических устройствах.

Известно устройство для получения монокристаллических оксидных пленок путем жидкофазной эпитаксии, включающее изолирующую центральную трубу со средством внешнего нагрева, установленный внутри нее на подставке тигель из электропроводного материала, подложкодержатель, размещенный над ним с возможностью вертикального перемещения, и внутренний цилиндрический элемент с отверстиями на обоих концах, установленный коаксиально тиглю.

Целью изобретения является предохранение расплава от образования спонтанного зародышеобразования, а также получение монокристаллических оксидных пленок хорошего качества.

В соответствии с данным изобретением эта цель достигается предложением устройства для получения монокристаллических оксидных пленок путем жидкофазной эпитаксии, которое включает изолирующую центральную трубу со средством внешнего высокочастотного индукционного нагрева, электропроводящий цилиндрический элемент конструкции с отверстиями на обоих концах, расположенный в центральной трубе, а также тигель из электропроводящего материала, коаксиально расположенный в цилиндрическом элементе конструкции.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения центральная труба изготовлена из глинозема, в то время как цилиндрический элемент конструкции и тигель изготовлены из пластины или из сплава платины.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство включает высокочастотную индукционную катушку в качестве средства внешнего высокочастотного индукционного нагрева, которая нагревает электропроводящий цилиндрический элемент конструкции за счет индукции. В этом случае исходные материалы в тигле нагреваются лучистой теплотой, испускаемой от цилиндрического элемента конструкции. Это позволяет улучшить термооткликаемость, поскольку теплоемкость цилиндрического элемента конструкции значительно меньше теплоемкости центральной трубы. Таким образом можно свести к минимуму время, необходимое для охлаждения гомогенизированного расплава до температуры переохлаждения, в результате чего становится возможным минимизировать спонтанное зародышеобразование во время понижения температуры до температуры переохлаждения, что в свою очередь позволяет получать монокристаллические оксидные пленки хорошего качества.

На чертеже изображено устройство для получения монокристаллических оксидных пленок путем жидкофазной эпитаксии, которое в основном содержит изолирующую центральную трубу 1, высокочастотную индукционную катушку 11, намотанную вокруг трубы 1, тело цилиндрической печи или цилиндрическая оболочка 3, окружающая центральную трубу 1, цилиндрический элемент конструкции 12, коаксиально расположенный в центральной трубе 1, и стержень 10 с держателем 9 с прикрепленной к нему подложкой 8.

Центральная труба 1 изготовлена из изолирующего материала и расположена вертикально. Цилиндрический элемент конструкции 12 изготовлен из пластины в форме короткого кругового тела с отверстиями на обоих концах. Этот цилиндрический элемент конструкции 12 помещен на цилиндрическую подложку 13 из платины и расположен коаксиально с центральной трубой 1, в то время как тигель 6 из платины помещен на подставку 7 и расположен коаксиально с цилиндрическим элементом конструкции 12.

Использованием вышеописанного устройства следующим образом были получены пленки магнитного граната. Вначале порошки Fe₂O₃ и Y₂O₃, являющиеся оксидами элементов, образующих магнитный гранат, были загружены в платиновый тигель 6 вместе с порошком PbO и B₂O₃, служащими растворителем. После помещения тигля 6 на подставку 7 на индукционную катушку подавали электрическую мощность высокой частоты, так чтобы платиновый цилиндрический элемент конструкции 12 был нагрет до примерно 1200 ^oC путем индукционного нагрева. Исходные материалы в тигле 6 были нагреты лучистой теплотой, испускамой от цилиндрического элемента конструкции 12, образуя таким образом гомогенизированный расплав 6. После этого расплав охлаждали и содержали при температуре между линией солидуса и линией ликвидуса, то есть около 900 ^oC для перевода расплава в переохлажденное состояние. Путем опускания стержня 10 с держателем 19 в цилиндрический элемент конструкции 12 вводили подложку ГГГ 8, ранее прикрепленную к держателю 9, таким образом предварительно нагревая подложку ГГГ 8 лучистой теплотой от цилиндрического элемента конструкции 12. Затем подложку ГГГ 8 погружали в расплав 5 и вращали в нем на фиксированном уровне в течение определенного промежутка на противоположное, для того чтобы вызвать эпитаксиальный рост монокристаллической пленки магнитного граната. В конце процесса подложку 8 вынимали из расплава 5 и вращали над расплавом 5 с высокой скоростью для удаления прилипшего к ней расплава.

С целью определения плотности дефектов для полученной монокристаллической пленки в ней подсчитывали число несквозных отверстий (питов).

Плотность дефектов на пленке магнитного грана, полученной с помощью устройства настоящего изобретения, составляет всего 5 пит/см², что соответствует пленкам магнитного граната хорошего качества.

В вышеприведенном варианте осуществления изобретения в качестве материала для центральной трубы использовали глинозем, однако центральная труба не ограничена применением этого материала. Вместо центральной трубы из глинозема можно использовать любую центральную трубу, изготовленную из материала, не проводящего электричество, такого, как двуокись циркония.

Кроме того, в вышеприведенном варианте осуществления изобретения использовался платиновый тигель, однако следует понять, что тигель не ограничен этим материалом. В качестве материала для тигля можно использовать любые другие материалы, которые не взаимодействуют с исходными материалами для оксидных пленок, например, сплавы платины.

Далее, в вышеприведенном варианте осуществления изобретения цилиндрический элемент конструкции изготовлен из пластины, однако следует понять, что в качестве материала для цилиндрического элемента конструкции можно использовать любой электропроводящий материал. Среди них наиболее предпочтительными материалами являются платина или сплавы платины, поскольку данные материалы устойчивы даже в окислительной атмосфере, используемой для получения монокристаллических оксидных пленок путем эпитаксии. Кроме того, предпочтительно располагать цилиндрический элемент конструкции коаксиально с тиглем, чтобы расстояние от внутренней поверхности цилиндрического элемента конструкции до внешней поверхности тигля поддерживалось постоянным для равномерного нагрева исходного материала.

В вышеприведенном варианте осуществления изобретения устройство используют для получения монокристаллических пленок магнитного граната. Однако следует понять, что устройство по настоящему изобретению можно использовать для получения многих других монокристаллических оксидных пленок, таких как монокристаллические пленки ниобата лития, которые используются как материалы в оптических устройствах.

Использование: в оптических устройствах. Сущность изобретения: устройство включает изолирующую центральную трубу со средством внешнего высокочастотного индукционного нагрева, электропроводящий цилиндрический элемент конструкции с отверстиями на обоих концах, расположенных в центральной трубе, а также тигель, изготовленный из электропроводящего материала и коаксиально расположенный в цилиндрическом элементе конструкции. Изобретение позволяет получать монокристаллические оксидные пленки хорошего качества. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения монокристаллических оксидных пленок путем жидкофазной эпитаксии, включающее изолирующую центральную трубу со средством внешнего нагрева, установленный внутри нее на подставке тигель из электропроводного материала, подложкодержатель, размещенный над ним с возможностью вертикального перемещения, и внутренний цилиндрический элемент с отверстиями на обоих концах, установленный коаксиально тиглю, отличающееся тем, что внешнее средство нагрева выполнено в виде высокочастотной индукционной катушки, а внутренний цилиндрический элемент из электропроводящего материала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральная труба изготовлена из глинозема, а внутренний цилиндрический элемент и тигель изготовлены из платины или сплава пластины.