大尺寸、高品质钇铁石榴石晶体生长技术研究

【作者】 杨晓明； 苏榕冰； 魏占涛； 李阳； 蓝江河； 龙西法；

【机构】 中国科学院福建物质结构研究所； 中国西南应用磁学研究所；

【摘要】 石榴石铁氧体单晶是微波及磁光器件的核心材料,在航空航天、电子信息、移动通信等领域具有广泛的应用市场,其应用推动了激光、磁光、存储、信息等诸多领域的跨越式发展[1]。目前众多旋磁材料中,石榴石型铁氧体具有铁磁共振线宽窄、介电损耗低、磁晶各向异性小等特点,成为微波器件首选的材料。另外,钇铁石榴石磁光晶体是隔离器的核心材料[2]。随着5G通讯系统的发展,我国磁光隔离器的产能处于世界首位,但是商业化单晶薄膜完全依赖进口,其中日本三菱集团的Granopt公司约占70%市场份额,美国Ⅱ-Ⅵ集团的IPI公司约占30%市场份额。因此,研制大尺寸、高品质微波及磁光晶体材料、加快自主制备及产业化进程迫在眉睫。本文采用熔盐法[3]成功生长了尺寸为50mm×42mm×11mm、重量为74.72g的大尺寸钇铁石榴石单晶,且晶体均匀性良好、无任何开裂及包裹体,晶体品质完全满足微波及磁光器件的应用。研究发现,钇铁石榴石单晶在1200-2300 nm波段透过率高达76.24%;室温介电常数为25;居里温度为300oC;剩余磁化强度为0.77 emu/g,饱和磁化强度为25.43 emu/g;铁磁共振线宽为0.6 Oe;法拉第旋转角为120 Degcm-1@1550nm。所述YIG单晶物理化学性质稳定、易于加工和保存,且晶体生长工艺简单、稳定可靠,有望成功应用于隔离器、环形器、移相器、滤波器等器件。更多还原