稀土铁石榴石系列新型功能复合薄膜的制备与性能研究

摘要

该论文以稀土石榴石为主全面回顾了磁光材料、磁光器件的发展和磁光性能测试方法;针对当前磁光器件宽温、宽带和小型化、集成化的要求,首次提出并实施了将两种温度系数和波长系数相反的磁光薄膜材料复合以提高磁光特性的构想和实验方案.该论文工作包括对YBiIG、YbIG系列石榴石薄膜制备的实验构想、相图分析、制备工艺分析和配方设置,搭建了液相外延设备;比较系统地研究了YBiIG、YbIG系列石榴石薄膜的生长、测试,首次成功制备了YbIG/YBiIG、YBiIG/YbIG/GGG系列复合膜,并采用XRD、SEM、EPMA等方法对所得样品进行了结构、组分和微区形貌分析,用紫外/可见光光谱仪测试了其在可见~近红外波段光吸收.通过自组搭建的CGX-1型磁光法拉第旋转测试系统,对样品在可见光波段磁光性能进行了测试分析.YBiIG、YbIG系列石榴石薄膜的生长、测试结果表明,晶格失配度对LPE外延成功与否起重要作用.而对于确定R值的熔液,则主要表现为过冷度的选取,也即生长温度的选取.温度过高时薄膜质量差,不易生长或容易脱落;温度过低,则不但会促进Pb离子进入薄膜而增大薄膜光吸收系数,而且容易因为生长速度过大而导致薄膜的不均匀性甚至开裂.反复实验结果表明,YBiIG薄膜的最佳外延温度区间比YbIG薄膜的低约10℃以上,因此,根据实验结果选择合适的温度,我们先在GGG上外延生长YbIG薄膜,然后在YbIG上再外延YBiIG薄膜,成功制成了YBiIG/YbIG/GGG复合膜结构;为了进一步提高性能,我们还将以前生长的YBiIG单晶定向切割制为基底,在其上进行复合外延.磁光测试结果表明,YBiIG/YbIG/GGG复合膜比同样条件下所制备的YBiIG/GGG薄膜光吸收系数小、磁光优值大、温度稳定性好,可以有效改善材料的磁光性能.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章文献综述

2.1磁光效应

2.1.1磁光效应定义

2.1.2磁光效应的测试

2.1.3磁光材料的分类

2.2稀土铁石榴石磁光材料及发展

2.2.1石榴石型铁氧体的晶体结构

2.2.2稀土铁石榴石材料的磁学性质

2.2.3稀土铁石榴石材料的磁光性质

2.2.4稀土铁石榴石材料的发展历程

2.2.5稀土铁石榴石材料的制备方法

2.3稀土铁石榴石磁光材料的应用——磁光器件

2.3.1磁光调制器[50,51,52]

2.3.2磁光传感器

2.3.3磁光隔离器[57-62]

2.3.4磁光记录

2.3.5磁光波导薄膜器件[66-71]

2.4问题的提出与本课题的目的

第三章实验方法

3.1液相外延生长法

3.1.1化学组分和相关系

3.1.2晶体生长方式

3.1.3液相外延工艺

3.2样品结构与性能的分析测试

3.2.1 X射线衍射分析

3.2.2 SEM分析

3.2.3光吸收分析

3.2.4法拉第效应测试

第四章稀土铁石榴石薄膜的制备与性能测试

4.1引言[85,86,87]

4.2 YIG/GGG薄膜生长

4.3 YBiIG/GGG薄膜生长

4.3.1 XRD测试

4.3.2 SEM测试

4.3.3光吸收测试

4.3.4磁光性能分析

4.4 YblG/GGG薄膜生长

4.4.1 XRD测试

4.4.3 SEM测试

4.4.3光吸收测试

4.5 YBilG/YblG/GGG复合膜生长

4.5.1 XRD测试

4.5.2 SEM测试

4.5.3光吸收分析

4.5.4磁光性能分析

4.6复合膜生长对比实验

4.6.1样品B、D的XRD测试

4.6.2 SEM测试

4.6.3光吸收测试

4.6.4磁光性能分析

4.7 YbIG/YBilG薄膜生长

4.7.1 XRD测试

4.7.2 SEM测试

4.7.3光吸收测试

4.8复合石榴石薄膜温度稳定性分析

4.9 YbIG、YBiIG多层膜制备的可行性分析

4.10小结

第五章结论

参考文献

研究生阶段所发表论文

致谢