專利名稱：用液相外延法制造氧化物單晶膜的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過液相外延法制造氧化物單晶膜的裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及通過液相外延法制造氧化物單晶膜，如適用于靜磁波裝置中的磁性石榴石單晶膜和適用于光學(xué)儀器中的鈮酸鋰單晶膜的裝置。
為了通過液相外延法來制造氧化物單晶膜，已經(jīng)使用了具有如圖2所示結(jié)構(gòu)的裝置。該裝置包括一個豎直放置的氧化鋁爐管1，圍繞爐管1的電阻加熱元件2a、2b和2c，一個包裹爐管1的由耐熱材料制成的圓筒形爐體或爐殼3，一個封閉爐管1的開口用的爐蓋4，一個用來裝制造氧化物膜的原料的鉑坩堝6，一個用來支撐坩堝6的支持體7，和一個鉑或鉑合金制成的夾具9，它與棒10相連，用來將基片8保持水平。
使用該裝置，可以以如下方式來制造氧化物單晶膜，例如磁性石榴石膜。首先，將構(gòu)成磁性石榴石的元素的氧化物，即Fe2O3和Y2O3，與用作溶劑的PbO和B2O3一起放入鉑坩堝6中。在將鉑坩堝置于爐管1中的支持體7上之后，將坩堝6中的原料加熱至1200℃并熔化，形成均勻的熔體5。然后將得到的熔體與冷卻至液相線和固相線之間的溫度，即約900℃，并保持在該溫度下以使熔體進入過冷態(tài)。
然后，通過降低支持棒10進入爐管1中，使基片伸進爐管1中，并被預(yù)熱至氣氛溫度，該基片通常由Gd3Ga5O12(下文中簡稱為“GGG”)制成并預(yù)先裝在夾具9上。此后，將基片8浸入熔體5中，并以固定高度在里面旋轉(zhuǎn)一定時間，同時周期性地改變旋轉(zhuǎn)方向。在這一步驟中，在基片上外延生長了磁性石榴石的單晶膜。最后，將基片8從熔體5中提起，并在熔體5上面高速旋轉(zhuǎn)以除去附著在外延生長的磁性石榴石單晶膜上的熔體。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，電阻加熱元件產(chǎn)生的熱量首先被消耗用來升高爐管1的溫度，而坩堝內(nèi)的原料被從爐管發(fā)出的輻射熱加熱。由于裝置的熱容量大，制備均勻熔體要花較長的時間。類似地，因為裝置的熱容量大，將均勻熔體冷至通過冷態(tài)也要花較長的時間。因為這個原因，在熔體冷卻過程中會發(fā)生自發(fā)成核，導(dǎo)致在熔體中石榴石的折出，從而降低了單晶膜的質(zhì)量，因為在單晶的外延生長過程中折出物會裹在單晶膜中。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種通過液相外延法來制造氧化物單晶膜的裝置，它可以防止熔體發(fā)生自發(fā)成核，同時制得質(zhì)量好的氧化物單晶膜。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種用液相外延法制造氧化物單晶膜的裝置來實現(xiàn)上述目的，該裝置包括一個絕緣爐管，它的外側(cè)有一個高頻加熱裝置，一個放置在爐管內(nèi)的兩端開口的導(dǎo)電圓筒元件，和一個與圓筒元件同軸放置的由導(dǎo)電材料制成的坩堝。
在一個優(yōu)選實施方案中，爐管由氧化鋁制成，而圓筒元件和坩堝由鉑或鉑合金制成。
在另一個優(yōu)選實施方案中，該裝置包括一個高頻感應(yīng)線圈作為外側(cè)的高頻加熱裝置，它通過感應(yīng)將導(dǎo)電圓筒元件加熱。在這種情況下，坩堝中的原料由圓筒元件發(fā)出的輻射熱加熱。這可以提高熱響應(yīng)性，因為圓筒元件的熱容量明顯低于爐管的熱容量。因此，將均勻熔體冷卻至過冷態(tài)的時間也可以降低，從而可以減少熔體在冷卻至過冷態(tài)的降溫過程中發(fā)生的自發(fā)成核，進而可制得高質(zhì)量的氧化物單晶膜。
通過參考附圖，從下文中的詳細描述可以看出本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點。然而應(yīng)該理解，通過詳細描述和特定實施例闡明的本發(fā)明優(yōu)選實施方案僅是說明性的，因為本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員在不背領(lǐng)本發(fā)明精神和范圍的前提下，從這些詳細描述可以進行不同的改進和變換。


圖1是一個剖視圖，它說明了用液相外延法制造氧化物單晶膜的本發(fā)明的裝置。
圖2是一個剖視圖，它說明了用液相外延法制造氧化物單晶膜的現(xiàn)有技術(shù)的裝置。
參考圖1，它示出了用液相外延法制造氧化物單晶膜的本發(fā)明的裝置，該裝置通常包括一個絕緣爐管1，一個纏繞在爐管1上的高頻感應(yīng)線圈11，一個包裹爐管1的圓筒狀爐體或爐殼3，和一個與爐管1同軸放置的圓筒元件12。
爐管1由絕緣材料制成，并豎直放置。圓筒元件12由鉑制成，并制成兩端開口的短的圓筒體。這個圓筒元件12裝在鉑的圓筒支持體13上并與爐管1同軸放置，而鉑坩堝6裝在支持體7上并與圓筒元件同軸放置。該裝置的其余部分與圖2所示裝置相似，因此同樣的部件用同樣的圖標(biāo)表示以避免重復(fù)。
對包括相同內(nèi)徑的爐管的圖1所示的本發(fā)明裝置和圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的裝置，測量其最大升溫速度和最大降溫速度。結(jié)果列于表1。表1
從表1的結(jié)果可以清楚看出，與現(xiàn)有技術(shù)的裝置比較，本發(fā)明裝置的最大升溫速度和最大降溫速度明顯提高，因此具有好的溫度響應(yīng)性。
使用上述裝置，以如下方式來制備磁性石榴石。首先，將構(gòu)成磁性石榴石元素的氧化物，即Fe2O3和Y2O3的粉末，與作為溶劑的PO和B2O3的粉末一起放在鉑坩堝6內(nèi)。將坩堝6裝在支持體7上以后，將感應(yīng)線圈11接上高頻電源，通過感應(yīng)加熱將鉑圓筒元件12加熱至大約1200℃。坩堝6中的原料被圓筒元件12發(fā)出的輻射熱加熱，由此形成均勻熔體5。然后，將熔體冷卻并保持在液相線和固相線之間的溫度，即大約900℃，以使熔體進入過冷態(tài)。通過降低支持棒10，將預(yù)先裝在夾具9上的GGG基片8伸入圓筒元件12中，由此通過圓筒元件12的輻射熱將GGG基片8預(yù)熱。然后，將GGG基片8浸入熔體5中并在固定高度上旋轉(zhuǎn)一定時間，同時周期性地改變旋轉(zhuǎn)方向，以進行磁性石榴石單晶膜的外延生長。最后，將基片8從熔體5中提起，并在熔體5之上高速旋轉(zhuǎn)以除去附著在上面的熔體。
對得到的單晶膜，數(shù)出膜上的凹坑數(shù)目以確定它的缺陷密度。其結(jié)果列于表2，同時列出的還有使用爐管內(nèi)徑與本發(fā)明裝置相同的現(xiàn)有技術(shù)的裝置制得的單晶膜的檢測結(jié)果。表2
從表2的結(jié)果可以看出，，用現(xiàn)有技術(shù)的裝置制得的磁性石榴石薄膜的缺陷密度為158個凹坑/厘米2，而用本發(fā)明裝置制得的薄膜缺陷密度降至5個凹坑/厘米2。因此，用本發(fā)明的裝置可制造高質(zhì)時的磁性石榴石膜。
在上述實施方案中，將氧化鋁用作爐管的材料，但是爐管不局限于此。任何用電絕緣材料(如二氧化鋯)制成的爐管都可用來代表氧化鋁爐管。
此外，上面的實施方案中使用了鉑坩堝，但應(yīng)該理解，坩堝并不局限于此。不與制備氧化物膜的原料反應(yīng)的其它材料，如鉑合金也可以用作坩堝的材料。
上面實施方案使用的圓筒元件也是鉑，但應(yīng)該明白任何導(dǎo)電材料都可用作圓筒元件的材料。它們中間最優(yōu)選的材料是鉑和鉑合金，因為這些材料甚至在用外延法生產(chǎn)氧化物單晶膜的氧化氣氛下都是穩(wěn)定的。此外，最好將圓筒元件與坩堝同軸放置，使得從圓筒元件的內(nèi)表面到坩堝的外表面的距離保持恒定，以便將原料均勻加熱。
在上述實施方案中，用本發(fā)明的裝置用來制造磁性石榴石單晶膜。然而，應(yīng)該理解本發(fā)明的裝置也可用來制造各種其它的氧化物單晶膜，如常用作光學(xué)儀器材料的鈮酸鋰單晶膜。
權(quán)利要求
1.一種用液相外延法制造氧化物單晶膜的裝置，它包括一個外側(cè)有高頻加熱裝置的絕緣爐管，一個裝在爐管內(nèi)的兩端開口的導(dǎo)電圓筒元件，和一個與圓筒元件同軸放置的由導(dǎo)電材料制成的坩堝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的坩堝，其中爐管是氧化鋁的，而圓筒元件和坩堝是鉑或鉑合金的。
全文摘要
一種用液相外延法制造氧化物單晶膜的裝置，它包括一個外側(cè)有高頻加熱裝置的爐管，一個裝在爐管內(nèi)的兩端開口的導(dǎo)電圓筒，和一個與圓筒元件同軸放置的由導(dǎo)電材料制成的坩堝。
文檔編號C30B29/28GK1120604SQ95104010
公開日1996年4月17日 申請日期1995年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月7日
發(fā)明者藤野優(yōu), 鷹木洋 申請人:株式會社村田制作所