Спосіб одержання магнітооптичного матеріалу

Реферат: Спосіб одержання магнітооптичного матеріалу включає осадження плівки фериту-гранату, що містить Ві, шляхом розпилення відповідної мішені на підкладку немагнітного гранату, відпалювання одержаної аморфної плівки на повітрі при атмосферному тиску при температурі кристалізації фериту-гранату. Згідно зі способом, на плівку кристалізованого фериту-гранату додатково напилюють плівку Вi2О3. UA 69070 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ МАГНІТООПТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ UA 69070 U UA 69070 U Технічне рішення належить до технології одержання композитного магнітооптичного матеріалу з високою магнітооптичною добротністю і може бути використане при створенні пристроїв для керування когерентними потоками світла в оптоелектроніці і магнітофотоніці. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Відомий спосіб одержання нанорозмірних дифузійних шарів складу BixY3-xFe5O12   на монокристалічних підкладках складу Y3Fe5O12 (Каланда Н.А., Турецкий С.А., Лугинец A.M., Соболь В.P., Гесь А.П., Федотова В.В., Колесова И.Μ., Гурский Л.И., Телеш Е.В., Котов Д.И., Гуделев В.Г., Журик Ю.П., Крекотень Н.А., Полянский А.С. Особенности получения наноразмерных диффузионных слоев BixY3-xFe5O12   на монокристаллических подложках Y3Fe5О12 // Доклады БГУИР. 2006, № 2 (14). - С. 118-126). Спосіб включає вирощування монокристалів складу Y3Fe5О12 з високотемпературного розчину-розплаву, виготовлення з одержаних кристалів підкладок, виготовлення мішені з металевого вісмуту, нанесення плівки металевого вісмуту на монокристалічні підкладки Y3Fe5О12 методом іонно-променевого розпилення з подальшим проведенням термодифузії металевого вісмуту в монокристалічну підкладку складу Y3Fe5О12 відпалюванням протягом 50 год. при температурі 920 К і тиску кисню 5 10 Па. Недоліком способу є дуже трудомісткий і дорогий процес одержання нанорозмірних дифузійних шарів BixY3-xFe5O12   , неможливість контролювати товщину дифузійного шару в процесі дифузійного відпалювання та невисокі магнітооптичні характеристики виготовлених шарів. Відомий спосіб одержання композитного магнітооптичного матеріалу на основі тонких плівок Ві, Dy, Ga-заміщеного залізо-ітрієвого гранату складу (BiDy)3(FeGa)5O12 і окису вісмуту Вi2О3 (М. Vasiliev, M.N. Alam, V.A. Kotov, K. Alameh, V.I. Belotelov, V.I. Burkov, A.K. Zvezdin. RF magnetron sputtered (BiDy)3(FeGa)5Oi12:Вi2О3 composite garnet-oxide materials possessing record magnetooptic quality in the visible spectral region // Optics Express. 2009. Vol. 17, N 22. P. 19519-19535). Плівки одержували методом високочастотного магнетронного розпилення в атмосфері аргону одночасно двох мішеней - фериту-гранату складу (BiDy)3(FeGa)5O12 і окису вісмуту Вi2О3. Одержані при розпиленні аморфні плівки композита потім відпалювали на повітрі при різних температурах. Автори визначили оптимальні режими розпилення та відпалювання, при яких плівки мали найкращі значення магнітооптичної добротності (співвідношення питомого фарадеївського обертання  F і оптичного пропускання). Найвище значення  F композита на довжині хвилі 635 нм склало мінус 2,67 мкм. У плівках (BiDy)3(FeGa)5O12 це значення дорівнює мінус 2,07 мкм, тобто збільшення питомого фарадеївського обертання плівок композита в порівнянні з плівками вихідного фериту-гранату склало 1,3 раза. Недоліком способу є складність контролю процесу розпилення одночасно двох мішеней, а також невисокі значення питомого фарадеївського обертання плівок композита (BiDy)3(FeGa)5O12: В12О3 у порівнянні з плівками (BiDy)3(FeGa)5O12. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити спосіб одержання магнітооптичного матеріалу шляхом використання нових технологічних прийомів у процесі його синтезу на стандартну підкладку з немагнітного гранату. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання магнітооптичного матеріалу, який включає розпилення мішені фериту-гранату, що містить Ві, на підкладку немагнітного гранату, відпалювання одержаної аморфної плівки на повітрі при атмосферному тиску при температурі кристалізації фериту-гранату, згідно з корисною моделлю, на плівку фериту-гранату складу BixR3-xFezM5-zO12, де R - рідкісноземельні елементи, Μ - метали Ga і Αl, x - від 1 до 2, z до 1,5, додатково напилюють плівку окису вісмуту і відпалюють усю структуру при температурі 620-670 °С протягом 20-120 хв. Одержані в такий спосіб плівки композита мають високі магнітооптичні характеристики, а саме підвищене в два-три рази в порівнянні з вихідною плівкою фериту-гранату питоме фарадеївське обертання. Спосіб реалізується так. На підкладку немагнітного гранату методом вакуумного напилення наноситься плівка фериту-гранату, що містить вісмут, складу BixR3-xFezM5-zO12, де R - рідкісноземельні елементи, Μ - метали Ga і Αl, x - від 1 до 2, z - до 1,5. Одержана аморфна плівка відпалюється на повітрі при атмосферному тиску при температурі кристалізації до проходження процесу кристалізації повною мірою. Потім кристалізована плівка знову поміщається у вакуумну камеру і на неї наноситься плівка окису вісмуту. Одержана структура відпалюється на повітрі при атмосферному тиску протягом 20-120 хв. Приклад реалізації способу. Плівки фериту-гранату, що містить Ві, складу Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12 одержували на установці УРМ 3-279, оснащеній іонно-променевим джерелом «Холодок-1», автоматичною 1 UA 69070 U 5 10 системою напуску газів СНУ-2 і вакуумметром ВМТ-001, методом реактивного іоннопроменевого розпилення мішені відповідного складу на холодну підкладку з монокристалічного гадоліній-галієвого гранату в суміші аргону і кисню. Одержану аморфну плівку кристалізували на повітрі при атмосферному тиску при температурі кристалізації 690 °С протягом 20 хв. Потім, кристалізовану плівку поміщали у вакуум і наносили на неї тим же самим методом плівку окису вісмуту Вi2О3 розпиленням мішені металевого вісмуту в суміші аргону і кисню. Одержана структура відпалювалася на повітрі при атмосферному тиску при температурі 670 °С протягом години, після чого проводилися вимірювання оптичних (коефіцієнт пропускання 7) і магнітооптичних (  F i магнітооптична добротність Q) характеристик композитного тонкоплівкового матеріалу, який утворився в результаті другого відпалювання. Температура і час відпалювання структури Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12:Вi2О3 були визначені експериментально шляхом знаходження максимальних значень  F і Τ одержаних плівок. Виявилося, що відпалювання плівок Вi2О3 при температурах нижче 620 °С дає менші значення  F , а при температурах вище 670 °С зменшуються і Т, і  F . Мінімальний час, необхідний для 15 20 відпалювання структури і одержання максимальних значень  F і Т, склав 20 хв. Ці характеристики зберігалися при часі відпалювання до 120 хв., потім починали зменшуватися. Вимірювання магнітооптичних характеристик плівок проводили за допомогою магнітополяриметра на ефекті Фарадея на довжині хвилі 633 нм шляхом вимірювання їхніх петель гістерезису (ПГ) - залежності кута фарадеївського обертання від поля намагнічування. Вимірювання спектрів оптичного пропускання плівок проводили на спектрофотометрі СФ-14. Магнітооптичну добротність Q визначали як Q  2  F / ,    ln / L, (1) де  F - питоме фарадеївське обертання; 25 30 35 40 Τ - коефіцієнт пропускання; L - товщина плівки. На кресленні наведено ПГ кристалізованої плівки Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12 (1) і ПГ плівки композита Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12: Вi2О3 (2). Видно, що значення кута фарадеївського обертання плівки композита більш ніж утроє перевищує значення кута обертання вихідної плівки фериту-гранату, при цьому питоме фарадеївське обертання плівки композита склало  F =--5,1 °/мкм. Вимірювання спектрів оптичного пропускання кристалізованої плівки Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12 і композита Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12: Вi2О3 показало, що на довжині хвилі 633 нм коефіцієнт пропускання плівки композита на 10 % вище, ніж вихідної кристалізованої плівки Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12. Розраховані відповідно до формули (1) значення магнітооптичної добротності кристалізованої плівки Bi1,0Y0,5Gd1,5Fe4,2Al0,8O12 і плівки композита на довжині хвилі 633 нм склали, відповідно, 2,5 і 7,5, тобто магнітооптична добротність плівки композита в порівнянні із плівкою гранату збільшилася в три рази. Перевагою способу, що заявляється, є те, що він дозволяє одержувати магнітооптичний матеріал на основі композита BixR3-xFezM5-zO12: Ві2О3, де R - рідкісноземельні елементи, Μ метали Ga і ΑΙ, x - від 1 до 2, z - до 1,5, з характеристиками, які значно перевищують характеристики вихідних плівок феритів-гранатів, що містять Ві. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб одержання магнітооптичного матеріалу, що включає осадження плівки фериту-гранату, що містить Ві, шляхом розпилення відповідної мішені на підкладку немагнітного гранату, відпалювання одержаної аморфної плівки на повітрі при атмосферному тиску при температурі кристалізації фериту-гранату, який відрізняється тим, що на плівку кристалізованого феритугранату, що містить Ві, складу BixR3-xFezM5-zO12, де R - рідкісноземельні елементи, Μ - Ga і Αl, x від 1 до 2, z - до 1,5, додатково напилюють плівку Вi2О3 і відпалюють усю структуру на повітрі при атмосферному тиску при температурі 620-670 °С протягом 20-120 хв. 2 UA 69070 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3