Магнитооптическая структура и способы получения материала подложки и монокристаллической пленки феррит-граната

 

Изобретение относится к области магнитооптики и может найти применение при изготовлении оптических изоляторов. Цель изобретения - увеличение угла фарадеевского 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>л G 02 F 1/09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4658484/25 (22) 20.01.89 (46) 30.06.92, Бюл. № 24 (75) M.À, Иванов, В.В. Рандошкин, M.È. Тимошечкин и В.И. Чани (53) 535.8 (088.8) (56) Звездин А.К., Котов В.А, Магнитооптика точных пленок. М.: 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1489427 по заявке ¹ 4209961/25, кл. G 02

F 1/09, 1987. (54) МАГНИТООПТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА

ПОДЛОЖКИ И МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ

ПЛ Е Н КИ Ф Е Р Р ИТ-ГРАНАТА (57) Изобретение относится к области магнитооптики и может найти применение при

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

Целью изобретения является увеличение угла фарадеевского 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 Gd наиболее близок к равновесноз+ му, поэтому область первичной перекристаллизации гранатов, содержащих их, шире чем Lu, La, В! — содержащих гранатов. Ka;: показали результаты эксперимен!

Ы, 1744690 А1 изготовлении оптических изоляторов. Цель изобретения — увеличение угла фарадеевского вращения плоскости поляризации излучения и оптической однородности структуры. Структура включает подложку состава YpGdqScuAlv012, на которой выращена пленка феррит-граната состава

YxTbyFe5- (СаА ) 012. Составы пленок и подложки обеспечивают при выращивании широкую область первичной перекристаллиэации. Это обеспечивает значительную толщину выращиваемых пленок и высокое суммарное фа радеевское вращение. В ы ращивание материала подложки происходит при температуре от 1830 до 1880 С, при этом используется многослойный тигель. 3 с,п.ф-лы, 2 ил., 2 табл. тов, замена Fe íà Ga и/или Ае также приводит к расширению области первичной кристаллизации граната. Расширение этой области приводит к упрощению получения .,-а пленок максимальной толщины и оптиче- с ской однородности. А

При выходе содержания компонентов в шихтах для получения материала подложки и пленки феррита-граната эа пределы, указанные формулой изобретения, не ! г ъ удается получить подложки и пленки с фа- З радеевским вращением более 45, и достаточного качества для создания фарадеевского оптического изолятора. д

Введение в состав пленки Yb вместо Y также позволяет повысить удельное фарадеевское вращение, Увеличение содержаз+ ния Y в материале подложки вызывает необходимость повышения температуры роста от 1830 С при содержании Gd равном 3,00 на формульную единицу граната, 1744690 до 1880 С при содержании 60 равном 0,42, а У, равном 2,58. Выращивание в газовой атмосфере аргона и азота, предотвращение окисление материала тигля — иридия и включение его в состав материала подложки. При 5 скорости вытягивания монокристалла из раствор/расплава более 3.2 об/мин ухудшается оптическое и структурное совершенство кристалла вследствие захвата газовых пузырьков. 10

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- 15 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 20 тигл ю. Это предотвращает развитие трещин на приповерхностном слое иридия под действием ТВЧ. Чтобы материалы тиглей не взаимодействовали химически, их необходимо разделить тугоплавкой прокладкой, 25 предотвращающей диффузию.

Согласование параметров решеток пленки и подложки обеспечивается, если при указанном в формуле соотношении компонентов в шихте температура роста не ни- 30 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- 35 зованы B табл.1 0) — скорость вращения затравкодержателя, f — скорость вытягивания монокристалла). Использован иридиевый тигель 3 с размерами 70х70 мм и толщиной 2 мм. Второй тигель 5 выполнен 40 из молибдена и имеет размеры 90х80 мм с толщиной стенок 8 мм. Материалом прокладки 4 служили оксиды LU203, УгОз, ЯсгОз в смеси. Толщина прокладки 4 составляла 0,8 — 2 мм, 45

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

Пленки феррита-граната выращивали 50 в соответствии с режимами, приведенными в табл.2, в которой обозначено в — скорость вращения подложки. Время роста

3 — 8 ч. Это обеспечивало получение пленок с фарадеевским вращением более 45 . 55

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)zO

x= 2,1 2,7, у= 0,3+ 1,9, 21,2, а подложка выполнена состава YpGdqScuAlv012, где р 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 монокристаллэ из расплавленной шихты, наращиваемого в тигле на затравку по методу Чохральского, отличающийся тем, что, с целью повышения угла фарэдеевского 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 ири-, дий, шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мол, о/;

СбгОз+ УгОз+- 33,12 — 38,25;

ЯсгОз- 21,25 — 27,53;

А40з- 37,50 — 41,25, причем содержание оксида иттрия не превышает 32,25, а содер>кание оксида гадолиния не превышает 37,50 мол./.

3. Способ получения монокристаллической пленки феррит-граната, включающий наращивание пленки на монокристаллическую немагнитную подло>кку методом >кидкофазной эпитаксии из переохлажденного раствор-расплава, содержащего оксиды иттрия, железа, свинца и бора, о т л и ч а юшийся 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 алк миния, при температуре 850-980 С, шихта содержит компоненты в. следующем соотношении, мол.%:

УгОз- 0,20 — 1,60;

ТогОЗ 0,03 — 1,20;

ЕегОз+ СагОз+ А1гОз- 8,20-13,10;

Pb0- 80,40 — 86,70;

ВгОз- 3,80 — 5,90, причем содержание оксида галлия не превышает 0,84 мол. /, а оксида алюминия не превышает 1,10 мол.о/,.

1744690

Е

»»

IQ

О и о

Б

Q.

CD

1Е

Щ с с

CQ

IО

Y

О

О

О

СО СЧ CtI С )

In ID e) t»

СЧ СЧ -О

Б

Ф

О с

О о о

О

1X

Б

Ф

Щ

О

О о

LO LO CO )

СЧ СЧ С )

СЧ СЧ Л

СЭ С ) Ф

IО

О

О о

1 I I о

СЧ (3 о

< о (/)

Т> (3

CL.

Е

М

О

О

О с с

Ф

1О

Б

О

О

O

Б

CII

Ф

CU

О. л

Ф с

О

Е

l

LO О О Со LO а иЗ О СЧ

СЧ СЧ СЧ - - - - сОООВСЧЛСЧОЛ

СЧСЧСЧ - -СЧ -СЧ OOOOOOOOO

С ) CO CO LO C CO СО > Г

CO CO CO СО СО CO CO « CO

О О О О LO О) О О О

O О О С") О О) О О О

С9 С 0 С ) С ) С ) СЧ С 3 С ) С >

О Ф ОООЖ<0 -ОО%-t»СЧО)ОСЧhlСЧСЧ -СЧ СЧСЧСЧ

О СО О О LO СО СЧ О <О

ОО)О)Оt Фс3 сГCOСЧСЧИСЧОО -СЧ

О О О ID CO О О О О

tD ID LO CV С > LO LO Ю LO

t Лt-Cat»t i t

С ) СО п С1 е0 С ) С ) C С ) О О Л LO О LO О СЧ

O ID Л СЧ LO СЧ О CO CO

ID LO CQ с t» сГ Г) t» CD

СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ

OOLOO OLOOa

Ж О Л ) О СЧ ) О

LO Л С 3 (С Л Л

С") С"Ъ С"2 ("Э С ) - СЧ

1744690

1

I !

1

1

1 — -(1

1

I

)Я

Щ

CL

I

)c

lS

O.

O. ()) е

У (() с с

1 (I )

I сс» (l © I ! N 1

I ()» I

l I

I l

1 1

1 1 о

1 О I

1 Рч (1 I

0 — «-)

I 1 ! I

1 Сс ( о

1 4)

1 -4 1 (с 1

I 1

Ь

1 I

)с

О (4 (1 <б

) C) )

I )

) l

1 ( о

I (41

1 (!

1 I

I I (1

I (С о

1 (Ч

1 4» I

1 с- 1

1 I

1 ( м о (4

;.л. (С

Е

Z (Q (3

Е

))» а

4» ()) К

S о с и

)х

Л (() с()

Iи с) 1

1 S

1 ! tO о

1 л

I лl

I о о ! °

l — тт»

1 (1

1 с)) 1 1 ! 1- !

1 щ 1 I

I (Q 1 1

1 CL I M 1

I I 1

1 1 1 1

1 ))) 1 l

1 I- 1 l

1 S 1 I а а 4)

I ))» (1

1 Я (l

1 I I ! S 1

1 Y 1 1

I ? ) 1

1 ))) ) M 1

4 С с с»

1 I

I П) (- ( (щ I 1

1 )и

О (С»

) I 1

i I

I I ! 1 (1 1 I

I I I ! I »(1 ((I

1 (1

I

1 (!

I

)

1 о

-)t

)4 (о 9 л.4 I С и

-+) 1 с)) с4 1

)4 (4»

CJ 1 i ». I »(» I S (Б с (»() а)

1 ()1

1 Iи о ! О

I !

I (I

I

)

I !

1 !

)

I

I ! (I

О1 -Ф

1 ) Q(» I 1 (1

1

1

I

Q D (:) D D 1 (Ч LAО Q,(× О О Q О(Ч

-CVСЧ NN - I

I (!

Q ODD ODD ODD I с) О М а с:) СО О V

ОФПСО О)СО 0 О1 О ОФПСО О I

1

I !

М 10 1О С 4 (4 СЧ I

I ΠΠΠ— i—

I

I а а

1 с» о

1 (I

1

OQCOOaCOCOCO)ALA I

»- % % М=)- )I

I

СО М О» LA М М М М -Ф W I

О О О О O D О О О O 1

1

I (Лт LA .«ЛЛ(Я М I л «! .Ч (4 С4 СЧ (4 С4 СЧ N CV C4 I

)

I (DOQDQDDOQO I

cO — cO о со сс сО О.) с)» л ° мам-4 амммLA)л I

I

ОООО ОаааОО I

iО М CV О Л Л Л -4 CA I

1 — с(а .О (Ч вЂ” — о

СОСО СОСО СОСО СОСО CO CO ()

\ 1 ! 1

I ее О О O О 1 (V -=Г - СО CO Co 1 (Q O СЧ C4() (1

I

- 3 Q D I со а ЛЛ

OO (i 1 i OO

I !

1

С» О Q о с»

МОО (ADO О ММ I

О» "СО CO

МСЧ - -С»

О)О1О1 - - 1

I

1 о мо LAo аааал

- 1 O СЧ O т — C4 (4 (Ч (Ч O I

Оот — СОО ОООО)

I

Олоаоо о о ам

- с4 О () О)N N % «1 с4 )

«О ««OD — ««С

1744690

40

Составитель В.Коледов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Редактор Н.Горват

Заказ 2198 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101