一种铋掺钇铁石榴石及其晶体生长方法以及应用技术

本发明专利技术公开了一种铋掺钇铁石榴石及其晶体生长方法以及应用，包括以下步骤：步骤一：采用液相外延法制备铋掺钇铁石榴石晶体；步骤二：按照摩尔比称量制备熔体的粉末状氧化物原料，将氧化物原料混合搅拌均匀；步骤三：将搅拌混合均匀的氧化物原料添加到铂金制成的坩埚中，在1050℃下熔化至少12h得到熔体；步骤四：衬底GGG的清洗，将GGG衬底依次经过三氯乙烯，去离子水漂洗；酸溶液，去离子水漂洗；碱溶液，去离子水清洗和氨水，去离子水漂洗，最后异丙醇蒸馏；通过清洗工艺对GGG衬底进行清洗，高洁净度的GGG衬底不仅可以使得熔体内金属离子完美附着，有效减小膜内缺陷产生，还可以减少杂质离子进入熔体，保证膜内成分的稳定。保证膜内成分的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种铋掺钇铁石榴石及其晶体生长方法以及应用


[0001]本专利技术涉及晶体
，具体涉及一种铋掺钇铁石榴石及其晶体生长方法以及应用。

技术介绍

[0002]中国专利CN202111359070.2公开了一种离子掺杂钆镓石榴石晶片的加工方法，包括以下步骤：步骤一、机械研磨：室温下，将GGG粗晶片放置在铸铁盘中，然后加入研磨液，进行机械研磨，得粗磨GGG晶片，控制研磨速度为60
‑
65r/min，研磨压力105
‑
108g/cm2，研磨时间为30
‑
40min，研磨液为氧化铝(粒径为4
‑
6μm)和去离子水超声振荡20
‑
30min获得，且氧化铝的浓度为0.05
‑
0.07g/mL；步骤二、机械抛光：采用IC1000抛光垫作为机械抛光用抛光垫，修整抛光垫，装载好粗磨GGG晶片，流入机械抛光液，然后在室温下进行机械抛光，得机械抛光后的GGG晶片，其中，抛光压力125g/cm2，抛光盘转速60r/min，抛光时间为20
‑
30min，机械抛光液的流量为4mL/min，机械抛光液为氧化铝(粒径为1μm)和去离子水超声振荡20
‑
30min获得，且氧化铝的浓度为0.08g/mL；步骤三、化学机械抛光：采用绒布抛光垫为作为化学机械抛光用抛光垫，并对其进行修整，采用硅溶胶抛光液为化学机械抛光液，装载好机械抛光后的GGG晶片，然后在室温下进行化学机械抛光，得一种离子掺杂钆镓石榴石晶片，控制抛光压力130g/cm2，抛光盘转速70r/min，抛光时间为40
‑
70min，化学机械抛光液的流量为6mL/min。
[0003]该专利采用物理加工方法获得掺杂钆镓石榴石晶片，然而并未对石榴石晶片的制备流程进行研究，并且在石榴石中未掺杂入铋元素，铋元素取代稀土铁石榴石在短波长可见光区域拥有巨大的法拉第旋转角，而且这种材料还有良好的抗腐蚀能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就在于解决上述
技术介绍
的问题，而提出一种铋掺钇铁石榴石及其晶体生长方法以及应用。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种铋掺钇铁石榴石晶体生长方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一：采用液相外延法制备铋掺钇铁石榴石(Bi：RIG)晶体；
[0008]步骤二：按照摩尔比称量制备熔体的粉末状氧化物原料，并将氧化物原料混合搅拌均匀；
[0009]步骤三：将搅拌混合均匀的氧化物原料添加到铂金制成的坩埚中，在1050℃下熔化至少12h得到熔体；
[0010]步骤四：衬底GGG的清洗，将GGG衬底依次经过三氯乙烯(C2HCl3)，去离子水漂洗；酸溶液，去离子水漂洗；碱溶液，去离子水清洗和氨水，去离子水漂洗，最后异丙醇蒸馏；
[0011]步骤五：经清洗后洁净的GGG衬底，缓慢放入经过降温已处于过饱和亚稳定态的熔体中，通过控制衬底转速、生长温度和生长时间来实现晶体的生长。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：所述粉末状氧化物原料包括Gd2O3、Ga2O3、Fe2O3、Bi2O3的混合物。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：所述粉末状氧化物Gd2O3：Ga2O3：Fe2O3：Bi2O3的摩尔比具体数值为1:1:1.67:15。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：步骤三中对氧化物原料的添加时，粉末状氧化物的体积过大时，无法一次性加入坩埚中，添料需要经过添料
‑
熔化
‑
降温
‑
再添料的流程完成；
[0015]添料完成后，需在高于970℃下搅拌熔体至少12h，直至得到均匀熔体为止。
[0016]作为本专利技术进一步的方案：所述酸溶液为重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液由19.8g的K2Cr2O7和660ml纯硫酸以及340ml去离子水组成。
[0017]作为本专利技术进一步的方案：所述碱溶液为5g碳酸钠、5g氢氧化钾和5g磷酸钠混合，加入去离子水配成1000ml的碱溶液。
[0018]作为本专利技术进一步的方案：步骤五中，所述GGG衬底表面与熔体液面形成9
°‑
11
°
的倾斜角。
[0019]一种铋掺钇铁石榴石晶体,铋掺钇铁石榴石晶体化学式为Bi
:
R3Fe5O
12
，铋掺钇铁石榴石晶体的直径为40
‑
60纳米。
[0020]一种铋掺钇铁石榴石晶体的应用,将该铋掺钇铁石榴石晶体应用于光学器件。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]通过清洗工艺对GGG衬底进行清洗，高洁净度的GGG衬底不仅可以使得熔体内金属离子完美附着，有效减小膜内缺陷产生，而且还可以减少杂质离子进入熔体，保证膜内成分的稳定。
[0023]本专利技术验采用浮区法生长Bi：RIG晶体，在料棒制备过程中，确定施加压力60MPa、保压时间8min时获得的料棒均匀性最好，最有利于晶体生长；在生长初期没有籽晶，先采用原料棒进行生长，截取部分生长完整结晶块作为籽晶进行引晶生长；晶体在氧气气氛下生长，最终获得无裂纹，无包裹体的晶体且晶体结晶性能良好。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026]本专利技术为一种铋掺钇铁石榴石晶体,铋掺钇铁石榴石晶体化学式为Bi
:
R3Fe5O
12
，铋掺钇铁石榴石晶体的直径为40
‑
60纳米；
[0027]其中，一种铋掺钇铁石榴石晶体生长方法，包括以下步骤：
[0028]步骤一：采用液相外延法制备铋掺钇铁石榴石(Bi：RIG)晶体；
[0029]步骤二：按照摩尔比称量制备熔体的粉末状氧化物原料，并将氧化物原料混合搅拌均匀；
[0030]步骤三：将搅拌混合均匀的氧化物原料添加到铂金制成的坩埚中，在1050℃下熔化至少12h得到熔体；
[0031]步骤四：衬底GGG的清洗，将GGG衬底依次经过三氯乙烯(C2HCl3)，去离子水漂洗；酸溶液，去离子水漂洗；碱溶液，去离子水清洗和氨水，去离子水漂洗，最后异丙醇蒸馏；
[0032]步骤五：经清洗后洁净的GGG衬底，缓慢放入经过降温已处于过饱和亚稳定态的熔体中，通过控制衬底转速、生长温度和生长时间来实现晶体的生长。
[0033]所述粉末状氧化物原料包括Gd2O3、Ga2O3、Fe2O3、Bi2O3的混合物。
[0034]所述粉末状氧化物Gd2O3：Ga2O3：Fe2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋掺钇铁石榴石晶体生长方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用液相外延法制备铋掺钇铁石榴石(Bi：RIG)晶体；步骤二：按照摩尔比称量制备熔体的粉末状氧化物原料，并将氧化物原料混合搅拌均匀；步骤三：将搅拌混合均匀的氧化物原料添加到铂金制成的坩埚中，在1050℃下熔化至少12h得到熔体；步骤四：衬底GGG的清洗，将GGG衬底依次经过三氯乙烯(C2HCl 3
)，去离子水漂洗；酸溶液，去离子水漂洗；碱溶液，去离子水清洗和氨水，去离子水漂洗，最后异丙醇蒸馏；步骤五：经清洗后洁净的GGG衬底，缓慢放入经过降温已处于过饱和亚稳定态的熔体中，通过控制衬底转速、生长温度和生长时间来实现晶体的生长。2.根据权利要求1所述的一种铋掺钇铁石榴石晶体生长方法,其特征在于，所述粉末状氧化物原料包括Gd2O3、Ga2O3、Fe2O3、Bi 2
O3的混合物。3.根据权利要求2所述的一种铋掺钇铁石榴石晶体生长方法,其特征在于，所述粉末状氧化物Gd2O3：Ga2O3：Fe2O3：Bi 2
O3的摩尔比具体数值为1:1:1.67:15。4.根据权利要求1所述的一种铋掺钇铁石榴石晶体生长方法,其特征在于，步骤三中对氧化物原料的添加时，粉末状氧化物的体积过大时，无法一次性加入坩埚中，添料需要经过添料
‑
熔化

【专利技术属性】
技术研发人员：罗毅，龚瑞，刘照俊，王玉，
申请(专利权)人：安徽科瑞思创晶体材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：