钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法、应用及温场技术

本发明专利技术公开了一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法及温场。本发明专利技术提供的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，为立方晶系石榴石相，其中十二面体中的Gd

【技术实现步骤摘要】
钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法、应用及温场


[0001]本专利技术属于晶体与光学器件领域，更具体地，涉及一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法及温场。

技术介绍

[0002]磁光器件是激光通讯系统中的核心和关键器件之一，而掺Bi稀土铁石榴石外延薄膜是磁光器件的关键原材料，其性能的优劣直接取决于其衬底单晶质量的好坏，目前常用的磁光单晶薄膜材料是以钆镓石榴石(GGG)晶体基片作为生长衬底的，但是钆镓石榴石(GGG)晶体晶格常数小，衬底与掺Bi:RIG系薄膜的晶格常数不匹配，由于钆镓石榴石与掺Bi:RIG系薄膜的失配率超过0.05％，不利于晶体的生长。只有失配率不超过0.05％，才有利于晶体的生长。
[0003]SGGG晶体是一致熔融化合物，其熔点大约为1730℃，在利用提拉法生长单晶时，常常会遇到组分Ga2O3的挥发，引起强烈的液流效应和界面翻转，导致螺旋生长和晶体开裂等突出的问题，从而给晶体的生长带来极大的困难。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体、其制备方法及温场，其目的在于通过微量掺杂钙镁锆元素，制备钆镓石榴石晶体的晶格常数，从而与掺Bi:RIG系薄膜匹配，降低与掺Bi:RIG系薄膜的失配率，从而有利于掺Bi:RIG系薄膜的生长，由此解决现有的钆镓石榴石与掺Bi:RIG系薄膜的失配率超过0.05％，不利于晶体的生长的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其分子式为：
[0006]Gd3‑
x
Ca
x
Ga5‑
x
‑
2y
Mg
y
Zr
x+y
O
12
[0007]其中，0.35≤x≤0.4，0.25≤y≤0.3；为立方晶系石榴石相，其中十二面体中的Gd
3+
被阳离子Ca
2+
取代，八面体中的Ga
3+
被Mg
2+
和Zr
4+
取代。
[0008]优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其晶胞参数为
[0009]优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其与掺Bi:RIG系薄膜的失配率小于0.05％。
[0010]优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其x＝0.35且y＝0.3，或x＝0.4且y＝0.25。
[0011]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)配置多晶原料：按照所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石磁光晶体的分子式的化学计量比称取晶体生长所需原料，在混料机内混匀，等静压机压片后置于马弗炉内高温烧结；其中Ga2O3过量1
‑
4wt％；
[0013](2)单晶生长：将多晶原料加入铱金坩埚置于温场，采用熔体提拉法生长SGGG单晶，得到所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体。
[0014]优选地，所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)控制晶体生长气氛为：充入含有50v/v％～70v/v％CO2的惰性气体。
[0015]优选地，所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，其步骤(2)提拉速度0.8
‑
2mm/h，转晶速度5
‑
10rpm内调节，晶体生长至所需尺寸时，拉至脱离熔体表面1
‑
15mm，随后阶段性退火至室温，降温速度为5
‑
30℃/h。
[0016]优选地，所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，其步骤(1)所述晶体生长所需原料经过干燥处理。
[0017]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的应用，其应用于制作掺Bi稀土铁石榴石外延薄膜。
[0018]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种用于制备所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场，其包括同心嵌套的氧化锆内筒、氧化锆砂保温层与氧化铝外筒；温场设置在提拉炉之内。
[0019]所述内筒内腔直径在80～120mm之间，内筒壁厚度在20～30mm之间，导热率在0.23
‑
0.35W/(m
·
k)之间；所述氧化锆砂保温层厚度在30～50mm之间；所述外筒内腔直径在160～200mm之间，内筒壁厚度在20～30mm之间，热导率0.4
‑
0.6W/(m
·
k)。
[0020]优选地，所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场，所述氧化锆砂保温层使用50
‑
100目的氧化锆砂。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0022]本专利技术提供的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，为立方晶系石榴石相，其中十二面体中的Gd
3+
(0.106nm)部分被具有较大离子半径的阳离子Ca
2+
(0.112nm)取代；八面体中的Ga
3+
(0.062nm)部分被具有较大离子半径的阳离子Mg
2+
(0.072nm)和Zr
4+
(0.075nm)取代，其晶胞参数为与掺Bi:RIG系薄膜的失配率小于0.05％，能够较好的帮助Bi:RIG系薄膜的生长。
[0023]本专利技术提供的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，通过调节生长气氛、抑制Ga2O3的挥发，配合提拉法的工艺调整，克服了液流效应和界面翻转，避免了螺旋生长和晶体开裂的问题，制得高质量完整的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体。
[0024]本专利技术提供的用于制备所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场，既能实现良好的保温和功率控制功效，又能在生长界面产生温度梯度，使晶体容易生长。
附图说明
[0025]图1是本专利技术提供的用于制备所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场结构示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例提供的用于制备所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场内筒结构示意图；
[0027]图3是本专利技术实施例提供的用于制备所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的温场外筒结构示意图；。
[0028]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为内筒，2为氧化锆砂保温层，3为外筒。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0030]本专利技术提供的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其分子式为：
[0031]Gd3‑
x
Ca
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其特征在于，其分子式为：Gd3‑
x
Ca
x
Ga5‑
x
‑
2y
Mg
y
Zr
x+y
O
12
其中，0.35≤x≤0.4，0.25≤y≤0.3；为立方晶系石榴石相，其中十二面体中的Gd
3+
被阳离子Ca
2+
取代，八面体中的Ga
3+
被Mg
2+
和Zr
4+
取代。2.如权利要求1所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其特征在于，其晶胞参数为3.如权利要求1或2所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其特征在于，其与掺Bi:RIG系薄膜的失配率小于0.05％。4.如权利要求1所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体，其特征在于，x＝0.35且y＝0.3，或x＝0.4且y＝0.25。5.如权利要求1至4任意一项所述的钙镁锆掺杂的钆镓石榴石晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置多晶原料：按照所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴石磁光晶体的分子式的化学计量比称取晶体生长所需原料，在混料机内混匀，等静压机压片后置于马弗炉内高温烧结；其中Ga2O3过量1
‑
4wt％；(2)单晶生长：将多晶原料加入铱金坩埚置于温场，采用熔体提拉法生长SGGG单晶，得到所述钙镁锆掺杂的钆镓石榴...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂训鹏，马晓，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：