制造磁性石榴石单晶膜的方法技术

一种用液相外延工艺制造磁性石榴石单晶膜的方法，它包括以下步骤：在非磁性石榴石单晶基底上形成任何想要的形状和具有任何想要的厚度铂或铂合金膜；将此非磁性石榴石单晶基底与含有作为助熔剂的氧化铅的磁性石榴石原材料的熔体相接触，以使当以助熔剂使铂或铂合金膜从非磁性石榴石单晶基底上去除时生长出磁性石榴石单晶膜于非磁性的石榴石单晶基底上。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造磁性石榴石单晶膜的方法。磁性石榴石单晶膜通常被广泛用于诸如延时线滤波器、振荡器、非线性器件或相似的一类静磁波器件，以及诸如采用拉弟效应的光隔离器、环行器或相似的一类磁光器件。作为制造这样一种磁性石榴石单晶膜的方法，著名的为液相外延长生工艺(LPE工艺)。制造磁性石榴石单晶膜用的液相外延生长工艺包括，例如，以石榴石组成元素的氧化物和作为助熔剂的PbO和B2O3装填保持在加热炉中的铂坩埚，并在大约1200℃下均匀化以形成熔体。接着使熔体保持在过冷状态，也即低于或接近液相线的温度(大约900℃)，然后将一基底，例如Gd3Ga5O12(此后称作“GGG”)作为基础基底浸入该熔体，接着外延生长一预定时间以在基础材料的表面上生长出磁性石榴石单晶膜。在制造诸如光隔离器或相似的一类器件用的工艺中，为了加工磁性石榴石单晶膜的表面，或从基础基底去除不需要的磁性石榴石单晶膜，通常采用一种方法，在该方法中对磁性石榴石单晶膜进行机械加工，或形成聚酰亚胺或相似的一类保护膜，然后通过用热磷酸腐蚀去除上面无保护的磁性石榴石单晶膜部分。然而，机械加工或通过腐蚀去除的普通方法均存在一种难于控制厚度的。问题在腐蚀法中所用的作为基础基底的非磁性石榴石基底同样被腐蚀掉，以致造成基础材料的厚度发生变化，从而导致难于设计一种利用基础材料作介质材料的器件。鉴于上述情况，本专利技术提供一种制造磁性石榴石单晶膜的方法，它以生长出磁性石榴石单晶膜，与此同时，以任何想要的形状和厚度提供给所生长的磁性石榴石单晶膜。本专利技术同样提供生长在基底表面上的磁性石榴石单晶膜，该膜在最随膜生长之后即具有不均匀的厚度。为了达到该目的，借助液相外延工艺来制造磁性石榴石单晶膜的方法包括以下诸步骤在非磁性石榴石单晶基底上形成任何想要作形状和具有任何想要的厚度的铂或铂合金膜，并将此非磁性石榴石单晶基底与含有作为助熔剂的氧化铅的磁性石榴石原材料熔体相接触，以便当用该助熔剂将铂或铂合金从非磁性石榴石单晶基底上去除时，在非磁性石榴石单晶基底上生长出磁性石榴石单晶膜。在去除先前形成在非磁性石榴石单晶基底上的铂或铂合金的同时生长本专利技术的磁性石榴石单晶膜于非磁性的石榴石单晶基底上，允许磁性石榴石单晶膜的厚度在非磁性石榴石单晶基底的表面上在想要时是不均匀的。正如从以上描述中所看到的那样，制造本专利技术的磁性石榴石单晶膜的方法可以生长出磁性石榴石单晶膜，与此同时，将任何想要的形状和厚度提供给所生长的磁性石榴石单晶膜。这样就可得到在基底的表面上。生长出的不均匀厚度的磁性石榴石单晶膜。该制造方法可以消除生长后去除磁性石榴石单晶膜用的腐蚀工艺。为说明本专利技术目的，示出了目前看来较为可取的几种图示形式。但应明白，本专利技术并不限于所述的那种布置和手段。附图说明图1是本专利技术例1中显示-铂膜图案的GGG基底平面图。图2是本专利技术例1中显示-YIG单晶膜图案的GGG基底平面图。图3是显示一与本专利技术例1和比较例相关的静磁波器件。图4是显示与例1相关的一静磁波器件的微波传输特性图。图5是一显示铂的GGG基底平面图。图6是显示图5中沿A-A’线所取GGG基底的剖面图。图7是本专利技术例2中显示-YIG单晶膜图案的GGG基底平面图。图8是显示图7中沿B-B’线所取GGG基底的剖面图。图9是-GGG基底的平面图，显示有本专利技术比较例中-形成在YIG单晶膜上的聚酰胺膜图案。图10是显示与比较例相关的一静磁波器件的微波传输特性图。本专利技术的特点之一在于供制造磁性石榴石单晶膜用的新方法采用铂或铂合金膜作为生长磁性石榴石单晶膜的掩模，它是基于以下发现，即作为主要组成的铂或含有铂的合金逐渐地被溶解在磁性石榴石原材料的熔体中。虽然对于熔解铂的机制尚未全被了解，但相信铂由磁性石榴石原材料熔体中作为助熔剂用的氧化铅所氧化，而铂氧化物则溶解在原材料的熔体中，被还原的沿和铂形成一待溶解于原材料熔体中的合金。按照本专利技术的方法，将具有所希开口图案的铂膜形成在非磁性的石榴石单晶基底上。在非磁性石榴石单晶基底与磁性石榴石原材料熔体相接触的当儿在基底上生长磁性石榴石膜时，磁性石榴石单晶膜就生和在开口图案内。在铂膜上并不形成磁性石榴石单晶膜。在磁性石榴石膜生长期间，铂膜的厚度逐渐减少，于是使铂膜溶解和消失。如果此时停止石榴石膜的生和，则磁性石榴石单晶膜就只在基底开口图案的区域内形成，而铂则被去除，从而曝露出基底的剩余部分。那就是说，在去除铂膜的同时，就完成了磁性石榴石单晶膜的生长。待要形成的磁性石榴石单晶膜的厚度通过调节作为用铂膜的厚度加以控制。例如，对于磁性石榴石单晶膜的生长速率调节作为掩模用铂膜的厚度加以控制。例如，对于磁性石榴石单晶膜的生长速率和铂膜溶解至磁性石榴石原材料熔体中的速率分别设置为a nm／分和b nm／分时的情况，为使形成的磁性石榴石单晶膜的厚度具有Xnm，则所形成的铂膜的厚度应力x(b／a)nm。在铂膜刚性消失的时候停止磁性石榴石单晶膜生长是不必要的。对于铂膜可能留在基底上的情况，磁性石榴石单晶膜的生长能在铂膜消失之前停止。另一方面，对于在所希图案的周围可以形成层的磁性石榴石单晶膜的情况，磁性石榴石单晶膜的生长能在铂膜消失之后一适当的时间内加以停止。对于即使在铂膜去除之后磁性石榴石单晶膜也在继续生长的情况，则把其上形成过铂膜的区域看作为其上磁性石榴石单晶膜的生长开始在铂膜消失处起动的区域。由于晶体生长的起始时间能通过改变铂膜的厚度加以控制。故有可能在该膜以内立即生长出具有不同厚度的磁性石榴石单晶膜。此后本专利技术的优先实施例将参照图例详细加以说明。以下将基于一些例子对按照本专利技术实施例制造磁性石榴石单晶膜的方法进行描述。例1参看图1、2、3和4，首先制备一具有直径25mm的GGG基底1作为非磁性石榴石单晶基底的基础基底。然后借助真空蒸气工艺在GGG基底1的主表面上沉积形状如图1所示的铂膜2至厚达3μm。下一步为，对作为磁性石榴石单晶Y3Fe3O12(此后缩写为“YIG”)单晶膜的原材料、纯度为99．99％的氧化铁(Fe2O3)和氧化镱(Y2O3)以及作为助熔剂的氧化硼(B2O3)和氧化铅(PbO)进行称重，并图以7．5、0．5、2．0和90．0重量％的比例进行混合，从而使总量为800g，然后将此混合物装填至直径为60mm、高为60mm并保持在垂直电沪内的铂坩埚中，接着在1200℃下均匀在以形成熔体。接下来维持此熔体在910℃的恒定温度，以使熔体进入过饱和状态，于是将其上事先沉积有铂膜的GGG基底1浸入此熔体，从而YIG晶体生长20分钟，与此同时，使基底以100rpm进行旋转。然后将基底1从熔体向上拉至并以500rpm进行旋转，以便离心力将粘附在YIG单晶体上的熔体摔掉来制得YIG单晶膜3。如图2所示，如此获得的YIG单晶膜3在先前沿积有铂膜的部分并不形成，且因此未用助熔剂去除掉先前所形成的铂膜。于是将其上形成有YIG单晶膜3的GGG基底1用一锯片切割成小片以形成为图3所示的静磁波器件，并平行地施加以12mT的外磁场于YIG单晶膜来测量1．5-2．5GH丁的微波传输。结果得到如图4所示介入损耗不大的良好传输特性。在图3中标号数4表示输入端，标号数5表示输出端，而参考字母A则表示外磁场的施加方向。例2参看图5、6、7和8，制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种借助于液相外延工艺制造磁性石榴石单晶膜的方法，其特征在于它包括以下步骤：提供一其上具有铂或铂合金膜的非磁性石榴石单晶基底；和将所述非磁性石榴石单晶基底与含有作为助熔剂氧化铅的磁性石榴石原材料熔体相接触以在非磁性石榴石单晶基底上生 长出磁性石榴石单晶膜，同时用所述助熔剂从该非磁性石榴石单晶基底上去除掉所述铂或铂合金膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1999-6-16 170000/991．一种借助于液相外延工艺制造磁性石榴石单晶膜的方法，其特征在于它包括以下步骤提供一其上具有铂或铂合金膜的非磁性石榴石单晶基底；和将所述非磁性石榴石单晶基底与含有作为助熔剂氧化铅的磁性石榴石原材料熔体相接触以在非磁性石榴石单晶基底上生长出磁性石榴石单晶膜，同时用所述助熔剂从该非磁性石榴石单晶基底上去除掉所述铂或铂合金膜。2．如权利要求1所述的方法，其特征在于该膜并不复盖在基底的整个表面。3．如权利要求1所述的方法，其特征在于膜的厚度是不均匀的。4．如权利要求1所述的方法，其特征在于包括在非磁性的石榴石单晶基底上形成具有期望的形状和期望的厚度的铂或铂合金膜的步骤。5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述磁性石榴石单晶膜是Y3Fe5O12，或以La、Bi、Gd和Lu中的至少一种部分代替Y3Fe5O12中的Y，或以Al、Ga、In和Sc中的至少一种部分代替Y3Fe5O12中的Fe，或者Y和Fe两者均被部分地代替。6．如权利要求5所述的方法，其特征在于所述基底Gg3Ga5O12、Nd3Ga5O12或Nd3Ga5O12。7．如权利要求6所述的方法，其特征在于所述的膜是Pt。8．如权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤野优，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]