Магнитооптическая структура и способы получения материала подложки и монокристаллической пленки феррит-граната Советский патент 1992 года по МПК G02F1/09 

Изобретение относится к магнитооптике и может найти применение при изготовлении оптических изоляторов ближнего ИК диапазона.

Целью изобретения является увеличение угла фэрадеевского вращения плоскости поляризации и оптической однородности структуры.

На фиг.1 показана магнитооптическая структура, содержащая подложку 1 и пленку феррита-граната 2; на фиг.2 - многослойный тигель, содержащий иридиевый слой 3, антидиффузионную прокладку 4 и слой 5 из тугоплавкого металла.

Достижение цели изобретения обусловлено следующим, Размер ионов Y , Tb3+, Gd3+ наиболее близок к равновесному, поэтому область первичной перекристаллизации гранатов, содержащих их, шире чем Lu, La, Bi - содержащих гранатов. Как показали результаты экспериментов, замена Fe на Ga и/или Ае также приводит к расширению области первичной кристаллизации граната. Расширение этой области приводит к упрощению получения пленок максимальной толщины и оптической однородности.

При выходе содержания компонентов в шихтах для получения материала подложки и пленки феррита-граната за пределы, указанные формулой изобретения, не удается получить подложки и пленки с фа- радеевским вращением более 45°, и доста- точного качества для создания фарадеевского оптического изолятора. Введение в состав пленки Yb вместо Y также позволяет повысить удельное фарадеевское вращение. Увеличение содержания Y3+ в материале подложки вызывает необходимость повышения температуры роста от 1830°С при содержании Gd равном 3,00 на формульную единицу граната,

VI

4 О О О

до 1880°С при содержании Gd равном 0,42, a Y, равном 2,58. Выращивание в- газовой атмосфере аргона и азота, предотвращение окисление материала тигля - иридия и включение его в состав материала подложки. При скорости вытягивания монокристалла из раствор/расплава более 3.2 об/мин ухудшается оптическое и структурное совершенство кристалла вследствие захвата газовых пузырьков.

Высокая температура роста приводит к быстрому разрушению иридиевого тигля, что связано с появлением на его поверхности трещин или его проплавлением токами высокой частоты (ТВЧ). Разрушение тигля предот- вращается помещением его во второй тигель из вольфрама, молибдена, рения или другого металла, более тугоплавкого, чем иридий. Второй тигель воспринимает энергию ТВЧ, разогревается и отдает тепло иридиевому тигл ю. Это предотвращает развитие трещин на приповерхностном слое иридия под действием ТВЧ. Чтобы материалы тиглей не взаимодействовали химически, их необходимо разделить тугоплавкой прокладкой, предотвращающей диффузию.

Согласование параметров решеток пленки и подложки обеспечивается, если при указанном в формуле соотношении компонентов в шихте температура роста не ни- же 850 и не выше 980°С.

Примеры. Материалы подложки выращивались по методу Чохральского в газовой атмосфере азота или аргона.

Шихта и режимы синтеза охарактери- зованы в табл.1 (о - скорость вращения затравкодержателя, f - скорость вытягивания монокристалла). Использован иридиевый тигель 3 с размерами 70x70 мм и толщиной 2 мм. Второй тигель 5 выполнен из молибдена и имеет размеры 90x80 мм с толщиной стенок 8 мм. Материалом прокладки 4 служили оксиды LuzOs, Y20s, 8с20з в смеси. Толщина прокладки 4 составляла 0,8-2 мм.

Из полученных монокристаллов вырезали подложки толщиной 0,6-0,6 мм, которые обрабатывали по стандартной технологии.

Пленки феррита-граната выращивали в соответствии с режимами, приведенными в табл.2, в которой обозначено (й- скорость вращения подложки. Время роста 3-8 ч. Это обеспечивало получение пленок с фарадеевским вращением более 45°.

Формула изобретения

1. Магнитооптическая структура, содержащая монокристаллическую пленку феррит-граната, нанесенную на монокристаллическую немагнитную подложку, отличающаяся тем, что, с целью увеличения угла фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения и оптической однородности структуры, пленка выполнена состава YxTbyFe5-z(GaAI)zOi2, где ,1 2,7, ,3 + 1,9, ,2, а подложка выполнена состава YpGdqScuAlvOi2, гдер 2,58, q 0 42+ 3,00, u 1,70 + 2,21, v 3,0+ 3,30.

2.Способ получения материала подложки для магнитооптической структуры, включающий вытягивание монокристалла из расплавленной шихты, наращиваемого в тигле на затравку по методу Чохральского, отличающийся тем, что, с целью повышения угла фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения и оптической однородности структуры, вытягивание монокристалла проводят при температуре 1830-1880°С со скоростью не более 3,2 мм/ч в газовой среде аргона и азота, шихту расплавляют в многослойном тигле, содержащем внутренний и внешний металлические слои и антидиффузионную прокладку между ними, причем внутренний слой тигля выполнен из иридия, а внешний из материала более тугоплавкого, чем иридий, шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мол.%:

Gd2d3 + Y203+-33,12-38,25;

5с20з-21,25-27,53;

А 20з-37,50-41,25,

причем содержание оксида иттрия не превышает 32,25, а содержание оксида гадолиния не превышает 37,50 мол.%.

3.Способ получения монокристаллической пленки феррит-граната, включающий наращивание пленки на монокристаллическую немагнитную подложку методом жид- кофазной эпитаксии из переохлажденного раствор-расплава, содержащего оксиды иттрия, железа, свинца и бора, отличающийся тем, что, с целью увеличения угла фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения в оптической однородности структуры, наращивание пленки ведут из раствор-расплава, дополнительно содержащего оксиды тербия, галлия и/или алгминия, при температуре 850-980°С, шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мол.%:

Y203-0,20-1.60;

ТЬ2Оз0,03-1,20;

Ре20з + 6э20з + А120з- 8,20-13,10;

РЬО-80,40-86,70;

В20з-3,80-5,90,

причем содержание оксида галлия не превышает 0,84 мол %, а оксида алюминия не превышает 1,10 мол.%.

Состав шихты и условия выращивания монокристаллов материала подложки YpGdqScuAlvOi2.

Состав шихты и условия вырэщивания пленки Феррита-граната .2GatAlz.tO,2

2

1

Изобретение относится к области магнитооптики и может найти применение при изготовлении оптических изоляторов. Цель изобретения - увеличение угла фарадеев- ского вращения плоскости поляризации излучения и оптической однородности структуры. Структура включает подложку состава YpGdqScuAlvOi2, на которой выращена пленка феррит-граната состава YxTbyFe5-z(CaAI)2Oi2 Составы пленок и подложки обеспечивают при выращивании широкую область первичной перекристаллизации. Это обеспечивает значительную толщину выращиваемых пленок и высокое суммарное фарадеевское вращение. Выращивание материала подложки происходит при температуре от 1830 до 1880°С, при этом используется многослойный тигель. 3 с.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Фиг.

Фиг. 2

35 40 45 50

3 Ч

5