Вещество для подложек со структурой граната

 

Изобретение относится к выращиванию монокристаллов и промышленно применимо при производстве монокристаллических пленок феррит-гранатов, предназначенных для использования в различных магнитооптических устройствах и запоминающих устройствах на цилиндрических магнитных доменах. Цель изобретения - повышение структурного совершенства вещества. Вещество характеризуется общей формулой Ca_xB_yM_zMe_uO_12-p, где В - элемент с валентностью более 3 из ряда ниобий и/или тантал и/или цирконий; М - элемент с валентностью не более трех из ряда галлий и/или литий, и/или тантал, и/или цирконий; Ме - элемент с валентностью не менее трех из ряда галлий и/или кремний. В веществе содержится в персчете на формульную единицу: от 2,90 до 3,10 кальция; от 0,05 до 1,79 ниобия и/или тантала; от 1,80 до 3,60 галлия; от 0,02 до 2,95 германия; от 0,01 до 0,22 лития; от 0,44 до 0,99 циркония; от 0,15 до 0,32 магния и до 0,04 кислородных вакансий. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к выращиванию монокристаллов и промышленно применимо при производстве монокристаллических пленок феррит-гранатов (МПФГ), предназначенных для использования в различных магнитооптических устройствах и запоминающих устройствах на цилиндрических магнитных доменах.

Известно вещество со структурой граната, содержащее в своем составе гадолиний, галлий и кислород [1] Недостатком такого вещества является высокая стоимость из-за наличия в его составе гадолиния и необходимости использования дефицитного иридиевого тигля при его выращивании по методу Чохральского.

Наиболее близким к предлагаемому является известное вещество для подложек со структурой граната, содержащее в своем составе кальций, галлий, кислород и по крайней мере один из элементов с валентностью более 3 (ниобий и германий) [2] Целью изобретения является повышение структурного совершенства вещества.

Для этого вещество для подложек со структурой граната, содержащее в своем составе кальций, галлий, кислород и по крайней мере один из элементов с валентностью более 3, содержит элемент В с валентностью более 3 в октаэдрической подрешетке структуры граната и соответствует химической формуле Ca_хB_yM_zMe_uO_12-p, где М по крайней мере один из элементов с валентностью не более 3, входящих в октаэдрическую подрешетку структуры граната; Ме по крайней мере один из элементов с валентностью не менее 3, входящих в тетраэдрическую подрешетку структуры граната; 2,90 ≅х≅3,1; 0,05≅y ≅1,79; 3 11≅ z + +u≅4,91; р≅0,04, при этом оно в качестве элемента В содержит ниобий и/или тантал и/или цирконий, а в качестве элемента М галлий и/или литий и/или магний, в качестве элемента Ме галлий и/или германий и/или кремний.

В частности, состав вещества может соответствовать одной из химических формул: Ca_xB_yGa_5-yO_12-p, где 2,97≅х ≅3,03; 12,4 ≅y ≅1,7; р ≅0,04; Сa_xB_yGa_uGe_vO_12-p, где 2,97 ≅х ≅3,03; 0,05 ≅y ≅1,7; 1,8≅ ≅u ≅3,6; 0,09 ≅v ≅2,95; р ≅0,01; Сa_xNb_yLi_zGa_uO_12-p, где 2,90≅х≅3,10; 1,71≅y≅1,79; 0,03 ≅z≅0,22; 2,90≅u≅3,10; р≅0,01; Ca_xTa_yLi_zGa_uO_12-p, где 3,00≅х≅3,10; 1,72≅y≅1,78; 0,05≅z ≅0,22; 3,00≅u≅3,10; р≅0,01; Ca_xNb_yZr_qLi_zGa_uO_12-p, где 2,90≅х≅3,10; 1,05≅y≅1,64; 0,45≅q≅0,99; 0,01≅z≅ 0,05; 3,00≅u ≅3,10; р≅0,01; Ca_xTa_yZr_qLi_zGa_uO_12-p, где 2,90≅х≅3,10; 1,03≅y≅1,66; 0,44 ≅q ≅0,98; 0,01≅z ≅0,05; 3,00 ≅u ≅3,10; р≅0,01;
Ca_xNb_yMg_rLi_zGa_uO_12-p, где 2,90≅х≅3,10; 1,65≅y ≅1,70; 0,16 ≅r≅0,32; 0,01≅z≅0,05; 3,00≅u ≅3,10; р≅0,1;
Ca_xTa_yMg_rLi_zGa_uO_12-p, где 2,90≅х≅3,10; 1,64≅y≅1,71; 0,15≅ r ≅0,31; 0,01≅z≅0,05; 0,03≅ u≅ 3,10; р ≅0,01;
Ca_xNb_yLi_zGe_vGa_uO_12-p, где 3,00≅х≅3,10; 1,35≅y≅1,77; 0,02≅v≅1,17; 0,01 ≅z≅ 0,05; 1,90 ≅ u ≅3,10; р≅0,01.

Достижение цели изобретения обусловлено следующим. Для прототипа характерно наличие дефектов типа "белой фазы". Введение в состав вещества ниобия или тантала в количестве не менее y 0,05 атома на формульную единицу граната (ф. е), как показал опыт, позволяет полностью исключить дефекты указанного типа. При этом в веществе могут образовываться кислородные вакансии в количестве до р 0,04 ф.е. Уменьшить плотность вакансий удалось, вводя в состав вещества литий в количестве до z 0,22 ф.е. Свойства вещества слабо меняются, если в его состав вводят четырехвалентные ионы германия и циркония, а также двухвалентные ионы магния.

Монокристаллы предлагаемого вещества выращивали по методу Чохральского при 1690-1720 К из платинового тигля (если в составе вещества в качестве элемента В доминирует ниобий) или при 1770-1810 К из иридиевого тигля (если в составе вещества в качестве элемента В доминирует тантал). Результаты эксперимента показали, что наиболее оптимальными являются условия роста: скорость вытягивания 2-5 мм/ч, скорость вращения 60-80 об/мин, направление роста <100> для y≅ 0,8 ф.е. и <111> для y>0,8 ф.е. скорость потока кислорода через реакционный объем 0,5-2 л/мин, отношение диаметра кристалла к диаметру тигля не более 0,6. Выращенные кристаллы имели диаметр до 80 мм, причем из расплава переходило в кристалл до 75% вещества. В зависимости от содержания ниобия и/или тантала параметр кристаллической решетки изменялся по линейному закону в диапазоне 1,225-1,251 нм.

Возможность получения подложек с любым параметром решетки в указанном интервале упрощает оптимизацию параметров МПФГ, поскольку согласование параметров решетки пленки и подложки обеспечивается не вариацией параметра решетки пленки, а вариацией параметра решетки подложки.

Примеры конкретного выполнения вещества для подложек со структурой граната приведены в таблице.

Формула изобретения

1. ВЕЩЕСТВО ДЛЯ ПОДЛОЖЕК СО СТРУКТУРОЙ ГРАНАТА, содержащее в своем составе кальций, галлий, кислород и по крайней мере один из элементов с валентностью более 3, отличающееся тем, что оно содержит элемент В с валентностью более 3 в октаэдрической подрешетке структуры граната и соответствует химической формуле
Ca_x B_y M_z Me_u O_12-p,
где M по крайней мере один из элементов с валентностью не более 3, входящих в октаэдрическую подрешетку структуры граната;
Me по крайней мере один из элементов с валентностью не менее 3, входящих в тетраэдрическую подрешетку структуры граната;
2,90 ≅ x ≅ 3,1;
0,05 ≅ y ≅ 1,79;
3,11 ≅ z +u ≅ 4,91;
p ≅ 0,04,
при этом оно в качестве элемента B содержит ниобий, и/или тантал, и/или цирконий, в качестве элемента M галлий, и/или литий, и/или магний, в качестве элемента M галлий, и/или германий и/или кремний.

2. Вещество по п.1, отличающееся тем, что оно соответствует химической формуле
Ca_x B_y Ga_5-y O_12-p,
где 2,97 ≅ x ≅ 3,03;
1,40 ≅ y ≅ 1,70;
p ≅ 0,004.

3. Вещество по п.1, отличающееся тем, что оно соответствует химической формуле
Ca_x B_y Ga_u Ge_v O_12-p,
где 2,97 ≅ x ≅ 3,03;
0,05 ≅ y ≅ 1,40;
1,80 ≅ u ≅ 3,60;
0,09 ≅ v ≅ 2,95;
p ≅ 0,01.

4. Вещество по п.1, отличающееся тем, что оно соответствует химической формуле
Ca_x Nb_y Li_z Ca_u O_12-p,
где 2,90 ≅ x ≅ 3,10;
1,71 ≅ y ≅ 1,79;
0,03 ≅ z ≅ 0,22;
2,96 ≅ u ≅ 3,10;
p ≅ 0,01.